UNIVERSITETI I PRISHTINËS FAKULTETI I INXHINIERISË MEKANIKE PRISHTINË STUDIME MASTER METODAT JOKONVENCIONALE TË PËRPUNIMIT

Transcript

1 UNIVERSITETI I PRISHTINËS FAKULTETI I INXHINIERISË MEKANIKE PRISHTINË STUDIME MASTER METODAT JOKONVENCIONALE TË PËRPUNIMIT Prof. Asc. Dr. Nexhat Qehaja Prishtinë 2013

2 1.0 BAZAT E METODAVE JO KONVENCIONALE TË PËRPUNIMIT 1.1. HYRJE Progresi teknik teknologjik dhe zhvillimi i theksuar i një mori teknikash të ndryshme (të aviacionit, raketorë, kozmik, nuklear, elektronik, kompjuterik etj.) ka sjellur gjerë te zhvillimi i vazhdueshëm i prodhimtarisë dhe zbatimit të nomenklaturës së gjërë të materialeve të reja. Këto janë materiale me karakteristika dukshëm më të mira si mekanike ashtu edhe ato tribologjike (konsum), me fortësi të lartë në tërheqje dhe qëndrueshmëri të lartë,qëndrueshmëri të lartë në temperatura të ulta dhe të larta dhe me qëndrueshmëri dukshëm më të lartë në konsumim e tjerë ( legurat e forta me qëndrueshmëri të lartë, metalet e forta, materialet në bazë të volframit, diamanti sintetik, materialet kompozite e tjerë ). Përpunimi i materialeve të reja me metoda klasike është dukshëm i vështirësuar shpesh edhe i pa mundshëm. për këtë arsye në mënyrë paralele zhvillohen, përsosen dhe aplikohen metoda progresive, me prodhueshmëri me të lartë dhe ekonomicitet me të lartë të përpunimit të metaleve. Zhvillim i vazhdueshëm i metodave të reja dhe përsosja e metodave të përpunimit ka kushtëzuar shfaqjen e një mori të metodave të ndryshme të klasifikuara në dy grupe themelore: metodat e përpunimit mekanik ( përpunimi i metaleve me prerje dhe me deformim) dhe metodave jo konvencionale të përpunimt ( themelore dhe të kombinuara ), me ose pa heqjen e tepricës së materialit ( me ose pa heqjen e ashklës figura 7.19). Dispencë për student...e pa recensuar Page 2

3 Metodat e përpunimit të metaleve Me heqjen e ashklës - përpunimi me prerje - metodat jokonvencionale - metodat e kombinuara të përpunimit Pa heqjen e ashklës - përpunimi me deformim - metodat jokonvencionale - metodat e kombinuara të përpunimit Figura 1.1 Metodat e përpunimit me dhe pa heqje te ashklës Metodat e përpunimit mekanik kanë një mori përparësish, sikur që janë: universaliteti, fleksibiliteti teknologjik, shpenzimet e vogla të energjisë gjatë prodhueshmërisë dhe ekonomicitetit përkatës të përpunimit të metaleve, mundësisë së përpunimit të produkteve me forma dhe dimensione të ndryshme, saktësi e lartë e përpunimit dhe kualitet i lartë i sipërfaqes së përpunuar e tjerë. Mu për këto arsye metodat e përpunimt mekanik të metaleve paraqesin, në kushtet e prodhimtarisë bashkëkohore, metodat themelore të përpunimit të metaleve. Përpunimi i materialeve të reja me metodat klasike është i vështirësuar, jo ekonomik ( për shkak të shpejtësisë së vogël të prerjes dhe kohëzgjatjes së përpunimit), e shpesh edhe i pa mundshëm. Kjo kërkon edhe përsosjen e metodave ekzistuese konvencionale, zhvillimin e instrumenteve prerëse të reja më kualitative dhe metodave të ashtuquajtura metoda jo konvencionale të përpunimit. Metodat jo konvencionale të përpunimit janë metoda tek të cilat largimi i tepricës së materialit, ndryshimi i formës, dimensionit dhe strukturës së materialit realizohet me shfrytëzimin e energjisë elektrike, kimike, optike, magnetike, nukleare dhe formave tjera të energjisë të sjelluar drejt për drejt në procesin e përpunimit- në zonën e përpunimit. Në vitin 1980 me metodat e përpunimit mekanik janë të realizuara 90-95% të të gjitha operacioneve prodhuese të përpunimit të metaleve në botë. Sipas analizave të shumë autorëve në të ardhmen pritet ndryshim i rëndësishëm në pikëpamje të numrit të Dispencë për student...e pa recensuar Page 3

4 operacioneve të cilat do të realizohen me metodat jokonvencionale të përpunimit. Analizat e cekura tregojnë se në vitin 2000 me metodat jo konvencionale janë realizuar rreth 50% të operacioneve prodhuese (përpunimi elektro-eroziv 10%, përpunimi elektrokimik 25% dhe metodat tjera 15%). Sikur që vërehet zhvillimi i mëtutjeshëm intensiv i metodave jokonvencionale të përpunimit do të sjell deri tek përdorimi përkatësisht zbatimi i gjërë në prodhimtari ZHVILLIMI I SHKURT HISTORIK Metodat e përpunimit të metaleve, sipas formës së energjisë së sjellur në proces ( zona e përpunimit ), ndahen në mekanike, elektrike termike e tjerë. Metodat themelore janë metodat mekanike të përpunimit mirëpo prej 1980 fillon edhezhvillimi i theksuar dhe zgjerimi i vazhdueshëm i zbatimit të metodave jo konvencionale të përpunimit të bazuar në shfrytëzimin e energjisë elektrike, të cilat sjellin deri tek proceset ndryshmet termike, kimike dhe mekanike në zonën e përpunimit figura 1.2. Metoda termike kryesisht shfrytëzohen për fitimin e gjysmëfabrikateve dhe përpunimin termik gjerësa metodat kimike kanë zbatim të kufizuar në procesin e përpunimit të elementeve të makinave, pajisjeve e mekanizmave tjerë. Metodat e para jokonvencionale të përpunimit janë të iniciuara në fund të shekullit XVIII, në vitin Shkenctari anglez J. PRISTLI është i pari që vrojtoj dukurinë e shkatërrimit eroziv të metaleve gjatë veprimit të rrymës elektrike. Në vendin e ndarjes së qarkut elektrik vie deri të shfaqja e shkëndijës elektrike ose harkut elektrik figura 1.3. Edhe shkëndija edhe harku shkaktojnë shkatërrimin e metalit në zonën e ndërprerjes së qarkut elektrik, përkatësish shfaqjen e përpunimit elektroeroziv. Hulumtimet me qëllim të evitimit negativ- të dëmshëm të efektit erozivë në vendin e kontaktit elektrik, kanë arritur shkencëtarët sovjetik B.R dhe N. LAZARENKO që të shfrytëzojnë veprimin gjegjësisht efektin eroziv të shkarkimit elektrik dhe të zhvillojnë metodën e përpunimit të metaleve me anë të elektroerozionit. Në vitin 1943, ata kanë paraqitur metodën e përpunimit me emërtimin erozioni elektro-shkendijë. Dispencë për student...e pa recensuar Page 4

5 Metodat jokonvencionale të përpunimit Metodat e përpunimit të bazuara në: Me veprim kimik të rrymës elektrike Me veprim termik të rrymës elektrike Me veprim mekanik të rrymës elektrike Me veprim të kombinuar të rrymës elektrike - Përpunimi elektrokimik - përpunimi anodomekanik - përpunimi elektroeroziv - përpunimi me plazmë -përpunimi me laser - përpunimi me tufë elektronike - përpunimi me ultrazë Figura 1.2. Metodat jokonvencionale të përpunimit sipas llojit të veprimit të energjisë elektrike të aplikuar në proces Instrumenti-katoda Gjeneratori i impulseve Shkëndija elektrike Dielektriku (fluidi punues) Detali që përpunohet Figura 1.3 Parimi themelor i përpunimit elektro-eroziv Metodat e para të përpunimit elektrokimik fillojnë që nga VITI 1911, kur është aplikuar polirimi elektrokimik i metaleve. Nga viti 1947 gjer 1950 janë të zhvilluara edhe metodat tjera të përpunimit elektrokimik, me zhvillimin e njëkohësishëm edhe të metodave të përpunimit anodo-mekanik, anodo-abraziv dhe metodave tjera të përpunimit jokonvencional. Dispencë për student...e pa recensuar Page 5

6 Bazat e laserit dhe parimet e tij fundamentale i ka parashtruar Albert EINSTEIN, në vitin 1917 ndërsa pajisja e parë laserike e destinuar për përpunimin e metaleve, matje dhe kontroll të prodhimeve janë të zhvilluara në vitin 1961/62, në Bashkimin Sovjetike dhe SHBA. Në vitin 1983 kanë filluar edhe hulumtime të rëndësishme të dukurive në zonën e tensionit të lartë të shkarkimit të shkëndijës elektrike në mediumin e lëngët. Këto hulumtime paraqesin fillet e zhvillimit të përpunimit elektro-hidraulik EHD. Metodat e përpunimit elektro-kimik ( sidomos të korrodimit kontural kimik ) janë të zbatura në prodhimtari në vitet 1954/1955. Në ato vite në mënyrë shumë strikte janë parashtruar kërkesat për zvogëlimin e peshës së konstruksionit, pa zvogëlimin e ngurtsisë dhe stabilitetit të tij. Për qëllime të tilla në veçanti është efektiv përpunimi elektro-kimik. Prodhimtarinë në kushtet bashkëkohore e karakterizon zbatimi i gjerë i përpunimit me ultratingull, përpunimit laserik, përpunimit me plazmë, përpunimit në fushën elektromagnetike e ngjashëm. Këto janë metoda të cilat mundësojnë përpunimin e materialeve me përpunushmëri të vështirë, ngritjen e nivelit të prodhueshmërisë dhe ekonomicitetit të përpunimit të metaleve, dukshëm zgjerojnë zbatimin e materialeve të reja dhe zhvillimin e konstruksioneve racionale dhe kompakte me gabarite shumë të vogla të makinave, instrumenteve prerëse pajisjeve e tjerë KLASIFIKIMI I METODAVE JOKONVENCIONALE TË PËRPUNIMIT Klasifikimi mund të bëhet në mënyra të ndryshme me më pak ose më shumë lloje të kufizuar të metodave jokonvenciuonale të përpunimit figura 1.4. Numri i madh i metodave të ndryshme mund të klasifikohet edhe sipas : llojit të energjisë e cila shfrytëzohet, mekanizmave themelorë të cilët largojnë tepricën e materialit, llojit të mediumit punues përkatësisht transmetues, tipit të burimit të energjisë dhe një mori më pak ose më shumë të karakteristikave relevante të procesit të përpunimit figura 1.5. Metodat jokonvencionale të përpunimit të paraqitura në kushtet e prodhimtarisë bashkëkohore, dallojnë reciprokisht sipas shkallës së aplikimit praktik. Kështu që disa metoda kanë arritur shkallë mjaft të lartë të zbatimit praktik ( psh. përpunimi elektro- Dispencë për student...e pa recensuar Page 6

7 eroziv dhe elektro-kimik), ndërsa të tjerat mjaft pak ose në mënyrë jo të rëndësishme janë të zbatuara në praktikë ose janë në fazën e hulumtimeve eksperimentale dhe ende përpunohen ( përpunimi elektro-hidraulike ngjashëm). Dispencë për student...e pa recensuar Page 7

8 Përpunimi elektrokimik ECM -Me elektrolit qarkullues -Elektro-abrazive Përpunimi elektro-eroziv- EDM -Me Elektro shkëndijë - me elktro impuls - me elktro kontakt Metodat jokonvencionale të përpunimit Përpunimi mr ultrazë EUS Me suspenzionin abraziv - me suspenzionin abraziv të detyrueshëm Përpunimi me plazmë PJM Përpunimi kimik CM Përpunimi me tufën e elektroneve -Përpunimi me laser LBM -Përpunimi me tufë elektronike LBM -Përpinimi jonizues IBM Përpunimi me eksploziv Përpunimi me vrushkullin e ujit WJM Përpunimi me vrushkullin abraziv Metodat e kombinuara jokonvencionale të përpunimit - anodo-mekannike -me ultrazë kimike -elektro-hidraulike - elektro-erozive -kimike e ngjashëm Metodat e kombinuara mekanike dhe jokonvencionale të përpunimit -elektromekanike - në fushën elektemagnetike -me vibrime e tjerë Figura 1.4. Një klasifikim i mundshëm i metodave jokonvencionale te përpunimit Dispencë për student...e pa recensuar Page 8

9 deformimi prerja mekanike erozioni termoelektrike Shkrirja dhe avullimi elektrokimike Lëvizja e joneve kimike tretja lloji i energjisë mekanizmi kryesor Me kontakt mekanik Thërrmija me shpejtësi shumë të madhe Vrushkulli i lëngët me shpejtësi shumë të madhe elektronet fotonet Vrushkulli jonik elektroliti Tretësirat Mediumi transmetues Instrumenti prerës Presioni pneumatik Presioni hidraulik Rryma elektrike Tensioni i lartë Drita e orientuar Fluidi i jonizuar Rryma e fortë Mjeti për korrodim Burimi i energjisë Metodat konvencionale Vrushkulli abraziv Ultrazëri Vrushkulli i ujit Elektro-erozive Tufa e elektroneve Laseri Plazma elektrokimike kimike Metodat e përpunimit AJM EUS WJM EDM EBM LBM PJM ECM CM Figura Metodat jokonvencionale të përpunimit të renditura sipas karakteristikave themelore Dispencë për student...e pa recensuar Page 9

10 1.4. KARAKTERISTIKAT THEMELORE Karakteristikat themelore e metodave jokonvencionale të përpunimit janë të kushtëzuara me llojin në energjisë, mekaniizmin për shkatërrimin e metalit, llojin e mediumit transmetues dhe burimit të energjisë figura 1.5. Mirëpo e pa diskutueshme është që vendi dhe rëndësia e metodave jokonvencionale të përpunimit në teknikën dhe teknologjinë bashkëkohore rrjedh si rezultat i ndikimit të një mori faktorëve më pak ose më shumë relevant, e para së gjithash të: 1. Faktorët e lidhur për rritjen e shpejtësisë, ngarkesës dhe temperaturës së punës së elementeve përkatës të makinës dhe të pajisjes, me rritjen e besueshmërisë së punës dhe me kohëzgjatjen e qëndrueshmërisë, si dhe nomenklaturën e materialeve me kërkesat specifike në pikëpamje të karakteristikave. Plotësimi i këtyre kërkesave realizohet me zbatimin e gjërave të çeliqeve dhe metaleve me qëndrueshmëri të lartë, jo korodues dhe me çeliqe tjera me legurime të larta, të gjysmë përçuesve (germaniumit dhe siliciumit ) e ngjashme, materialeve kompozite dhe materialeve tjera përpunueshmëria e të cilave me metodat mekanike është shpesh edhe e pamundshme. 2. Faktorëve të lidhur për zbatim dukshëm të gjerë të përpunimit me deformim, për derdhjen e së sakt dhe precize, e në veçanti me përdorimin gjithnjë më të madh të masave plastike dhe prodhimeve të punuara prej masave plastike para se gjithash me metodat e presimit. E gjithë kjo sjell deri të rritja e kërkesave në pikëpamje të kualitetit dhe të saktësisë së përpunimit me farkëtim, derdhje, presim dhe me vegla të tjera me konfiguracione të ndërlikuara, të cilat me vështirësi mund të punohen me metodat mekanike të përpunimit. 3. Faktorëve të lidhur për nevojën e punimit të vrimave, kanaleve dhe të kanaleve të profiluara me dimensione jashtëzakonisht të vogla, në veçanti në vende relativisht me qasje të vështirë. Dispencë për student...e pa recensuar Page 10

11 Në gjitha rastet e lartpërmendura shfrytëzimi i metodave jokonvencionale të përpunimit të metaleve është më efektiv dhe më efikas. Analiza e tyre tregon një mori karakteristika të përbashkëta, sikur që janë: 1. Praktikisht, jo varshmëria e shpejtësisë së përpunimit, kualitetit të sipërfaqes së përpunuar, prodhueshmërisë dhe ekonomicitetit të përpunimit të metaleve nga karakteristikat mekanike të materialeve të detaleve që përpunohen (fortësia, shtalbësia dhe fortësia në këputje e ngjashme) me përjashtim të metodës së përpunimit me ultratingull, tek e cila përpunueshmëria materialit rritet me rritjen e ngurtësisë, fortësisë dhe brishtësisë, ndërsa bie me rritjen e shtalbësisë së materialit. 2. Mundësia e përpunimit të konfigurimeve të ndryshme direkt nëpër tërë sipërfaqen e detalit që përpunohet, me lëvizjen e thjeshtë të instrumentit prerës. Me këtë mundësohet përpunimi i produkteve me konfigurime të ndërlikuara gjatë konstruksioneve të thjeshta të makinës dhe lëvizjeve kinematike të thjeshta. 3. Nuk ka nevojë për instrumente prerëse fortësi më të lartë se fortësia materialeve të detaleve që përpunohen afërsisht tek të gjitha metodat jo konvencionale të përpunimit, presioni i instrumentit prerës ose është i barabartë me zero ose është shumë i vogël, përveç tek disa metoda të përpunimit me ultratingull. 4. Zvogëlim i madh i shpenzimit shkartit të materialit në krahasim me shpenzimet gjatë përpunimit mekanik. Kjo është në veçanti e rëndësishme gjatë përpunimit të materialeve shumë të shtrenjta (germaniumi, karboni, rubimi, kuarcit, diamantit e materialeve tjera monokristale). 5. Saktësi e lartë e përpunimit, sidomos në rastet kur përpunimit me metodat klasike është i vështirësuar ose i pamundur. 6. Mundësi e përpunimit të pjesërishëm të detaleve me gabarite të mëdha pa shfrytëzimin e makinave me dimensione shumë të mëdha. 7. Mundësi të mëdha të automatizimit të plotë dhe mekanizimit të proceseve të përpunimit, me realizimin e furnizimeve të shumëfishta. Dispencë për student...e pa recensuar Page 11

12 8. Prodhueshmëri e lartë dhe rentabilitet, çka është sidomos e rëndësishme gjatë punimit të metaleve me konfigurime të ndërlikuara nga materialet të çmuara ose shumë të shtrenjta. 9. Përmirësim i dukshëm i kushteve të punës etj. Shfaqja e metodave jo konvencionale të përpunimit siguron mundësi dukshëm më të gjëra të formimit gjegjësisht përpunimit me deformim konstruktiv të elementeve të makinave dhe mekanizmave, si nga pikëpamja e zgjedhjes së materialeve po ashtu edhe nga konstruktimi i elementeve dhe makinave në tërësi (forma dhe dimensioni). 1 1 A K PJM Detali që përpunohet ECM 1 1 Anodo-mekanike Detali që përpunohet Detali që përpunohet EDM Detali që përpunohet EBM LBM Detali që përpunohet Figura Paraqitja skematike e disa metodave jokonvencionale të përpunimit Dispencë për student...e pa recensuar Page 12

13 2.0 PËRPUNIMI ELEKTROKIMIK ECM 2.1. BAZAT E PROCESIT Përpunimi ECM (Electro Chemical Machening) bazohet në proceset kimike, të cilat shfaqen gjatë kalimit të rrymës së vazhduar nëpër qarkun elektrik të cilin e përbëjnë elektrodat e zhytura në elektrolit. Me kalimin e rrymës së vazhduar ose njëkahore, në anodë - detali që përpunohet figura 2.1 vie deri tek shkatërrimi anodik ose tretja anodike e metalit dhe e kalimit të tij në elektrolit. Me lëvizjen intensive të elektrolitit, metali i shkrirë largohet nga zona e përpunimit, ndërsa detali që përpunohet merr formën e katodës instrumentit prerës. Figura 2.1. Skema komplekse e përpunimit ECM dhe drejtimi i procesit të ndërrimit të elektrolitit Dispencë për student...e pa recensuar Page 13

14 Metoda e përpunimit ECM është metodë perspektive e punimit dhe e përpunimit të elementeve, në veçanti të elementeve nga materialet me përpunueshmëri shumë të vështirë. Metoda mundëson saktësi të lartë (deri 0,02 mm) kualitet (N4 - N6) dhe prodhueshmëri të përpunimit edhe deri 3000 mm 3 /min. Bazën procesit të përpunimit e përbënë procesi i tretjes gjegjësisht shkrirjes lokale anodike gjatë kalimit të rrymës së vazhduar me dendësitet të lartë ( prej disa dhjetra deri disa qindrave A/cm 2 ), nëpër elektrolit i cili qarkullon. Tretja anodike e shtresave sipërfaqësore të detalit që përpunohet sjell deri tek ndryshimi i konfiguracionit të boshllëkut punues ( madhësia 0,05 1 mm në mes të elektrodës ) shpërndarjes jo të njëtrajtshme të dendësitetit të rrymës elektrike, ndryshimit të parametrave hidrodinamik dhe parametrave tjerë të procesit. Me lëvizjen intensive të elektrolitit mundësohet largimi i produkteve të tretjes anodike nga zona e përpunimit dhe kopjimit të profilit të katodës në sipërfaqen e anodës, stabiliteti dhe prodhueshmëri e lartë e përpunimit, largim i nxehtësisë dhe vlerave përkatëse të parametrave të treguesve të tjerë të procesit. 1 Burimi i rrymës së vazhdueshme Instrumenti (katoda) ampermetri voltmetri Detali (anoda) Instrumenti (katoda) Boshllëku potencimetri elektroliti Govata Detali (anoda) Figura 2.2 Paraqitja skematike e metodës së përpunimit ECM Dispencë për student...e pa recensuar Page 14

15 Varësisht nga parametrat e regjimit të përpunimit dallojnë dy metoda tjera të përpunimit ECM: përpunimi gjatë parametrave të përpunimit (shpejtësia e lëvizjes së instrumentit, tensioni, presioni i elektrolitit etj. ) konstant (me rritje graduale te vogel) ) dhe -parametrave të përpunimit të ndryshueshëm (periodik ose impulsiv). Numri i madh i materialeve konstruktive në mënyrë të shkëlqyer përpunohet me metodat e përpunimit ECM me makinat me parametrat konstant ose parametra gradualisht të ndryshueshëm të regjimit të përpunimit. Mirëpo, në disa raste sikur që është përpunimi i çelikut jo korodues dhe të materialeve tjera me përpunueshmëri shumë të vështirë, më e përshtatshme është të shfrytëzohet metodat përpunimit gjatë parametrave të ndryshueshëm të regjimit të përpunimit, e më së shpeshti gjatë ndryshimit impulsiv të tensionit. Kohëzgjatja e impulsit sillet në kufijtë prej 0,01 0,4 s. Regjimi i impulsiv i punimit mundëson zvogëlimin e shpejtësisë së qarkullimit të elektrolitit, thjeshtëzimin e zgjidhjes konstruktive të makinës dhe sistemit të qarkullimit të elektrolitit, përmirësimin e kualitetit të përpunimit (zvogëlimin e ashpërsisë) e ngjashme, sidomos gjatë përpunimit të çeliqeve karbonike me strukturë martensite. 2.2 ESENCA FIZIKA E PROCESIT Në ndikimin e rrymës elektrike, gjatë përpunimit ECM, vie deri tek shkatërrimi disocimi i molekulave të elektrolitit në jone të hidrogjenit, metalit ose mbeturinës molekulare figura 2.3: H O 2H H 2 2 SO 4 2H OH SO 4 dhe, (1) Kur, p.sh, përpunimi bëhet në tretjen e acidit sulfurik, përkatësisht: H O 2H 2 NaCl Na OH Cl dhe, (2) Kur si elektrolit shfrytëzohet tretja ujore e klorurit të natriumit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 15

16 1 elektroliti 2H + 2Na + 2H 2 O 2NaCl 2OH - 2Cl - Reaksionet primare K H 2 +NaOH NaCl FeCl 2 Fe(OH) 2 A Reaksionet sekondare Fe(OH) 3 elektroliti regjenerimi fundërrimi Figura 2.3 Disocimi i molekulave të elektrolitit në jone dhe rrjedhja e reaksioneve primare dhe sekondare gjatë përpunimit elektrokimik Me veprimin e joneve në materialin e detaleve që përpunohet shkaktohet një mori reaksionesh të cilat sjellin deri tek tretja anodike e materialit, formimi e sendimentit, rigjenerimin e elektrolitit dhe krijimin e sasive të mëdha të hidrogjenit. Kështu që, p.sh, në përpunimin elektrokimik të çelikut karbonik në tretjen ujore të klorurit të natriumit vie deri tek reaksionet si në vijim: Fe Na FeCl 2Cl 2 4Fe( OH ) H OH 2NaOH 2 FeCl 2 2 NaOH, O 2NaCl Fe( OH ) 2H H përkatësisht O 4Fe( OH ) 2, H H H 2 3 2, dhe (3) Rezultatet e reaksioneve të lartpërmendura është shfaqja: -tretja anodike (formimi i ferokloritit FeCL 2 ) -sendimenti (fundërrina) (fero hidroksidi stabil Fe (OH 3 )) -rigjenerimi i elektrolitit (klorur natriumi NACL) -teprica e hidrogjenit (H 2 ). Dispencë për student...e pa recensuar Page 16

17 Sendimenti bie në elektrolit dhe largohet së bashku me elektrolitin ku ndahet në sistemin e qarkullimit të elektrolitit. Largimi i sasisë së madhe të hidrogjenit realizohet së bashku me elektrolitin (në sistemin e mbyllur të përpunimit), në govatë ose në shtëpizë ose me aplikimin e masave të veçanta mbrojtëse, nëpër me zhvillimin e sistemit përkatës ventilues (për sistemin e hapur të përpunimit). Anodaçelik Cr Shtresa okside pazivizuese Procesi elektrokimik I qetë ph<6 Qarkullues ph>6 O 2 Reduktimi i kromit H 2 O H 2 O H + Cr 3+ Cr(OH) 3 Fe 3+ 3H 2 O Fe 3+ Fe(OH) 3 hidroliza Fe(OH) 3 +3H + CrO 4 2- Fe 2+ Cr 3+ 3H 2 O hidroliza Cr(OH) 3 +3H + Fe(OH) CrO 4 2- Fe(OH) 2 Cr(OH) 3 A U a k Kahu i lëvizjes së joneve (a-anjonet, k-katjonet) K Figura 2.4 Reaksionet kimike dhe elektrokimike në sipërfaqe gjatë përpunimit elektrokimik të çelikut të lidhur me kromin (elektroliti është NaNO 3 me përqendrim 20 kg/100 litra ujë) Reaksione të ngjashme shfaqen edhe gjatë përpunimit të materialeve tjera, sikur që është përpunimi i çelikut me krom të leguruar figura 2.4. CrP1 3NaOH 3 3NaCl Cr( OH ) çeliku i leguruar me nikel : 3 ose (4) Ni 2 NiCl 2Cl 2 NiCl 2NaOH 2 2NaCl dhe Ni( OH ) 2 dhe ngjashëm. (5) Dispencë për student...e pa recensuar Page 17

18 Gjatë përpunimit elektrokimik në tretjen e klorurit të natriumit. Produktet e përpunuara gjatë përpunimit elektrokimik paraqesin masën e cila përmban % ujë, 10% komponime themelore të tretjes dhe % oksid ose hidrant në formë të sendimentit jo të tretshëm. Me zgjidhjen e përshtatshme të elektrolitit dhe parametrave të regjimit të përpunimit, procesi mundet të drejtohet kah anoda ose katoda, varësisht nga lloji i operacionit prodhues të përpunimit elektrokimik OPERACIONET PRODHUESE Përpunimi elektrokimik shfrytëzohet për punimin e pjesëve me konfiguracione të ndërlikuara dhe me brishtësi të vogël, përpunimin e sipërfaqeve jo lehtë të arritshme dhe materialeve me kualitete shumë të larta, të pritura për shfaqjen e qarjeve gjegjësisht plasaritjeve (silici, germaniumi, beriliumi, etj), si dhe realizimin e një mori operacioneve tjera prodhuese figura 2.4: PËRPUNIMI ELKTROKIMIK -ECM- Me elektrodën e palëvizshme Me lëvizje graduale të elektrodës Me katodën rrotulluese Me anodën rrotulluese Me lëvizje të ndërlikuar të elektrodës Figura 2.4 Klasifikimi i operacioneve prodhuese të përpunimit elektrokimik sipas karakterit të lëvizjes së elektrodës PËRPUNIMI ECM ME ELEKTRODA JO TË LËVIZSHME Shfrytëzohet për realizimin e operacioneve prodhuese figura 2.5) sikur që janë: kalibrimi i sipërfaqeve të jashtme dhe të brendshme, rrëzimi i teheve, markimi simbolizimi, formimi i vrimave dhe i kanaleve për lubrifikim me konfiguracion më pak ose më shumë Dispencë për student...e pa recensuar Page 18

19 të ndërlikuar (tek boshtet gungore ose prolore, elementeve hidraulike dhe të sistemeve kinematike e ngjashme), punimi dhe përpunimi i konfiguracioneve komplekse me numër më të madh të teheve (dhëmbëzoreve, boshteve të dhëmbëzuara, seperatorve të kushinetave etj) punimi i kanaleve me konfiguracione të ndërlikuara në sipërfaqet e brendshme cilindrike (pistonave, etj). Rrumbullakimi i teheve Kalibrimi Figura 2.5 Operacionet prodhuese të përpunimit elektrokimik me elektrodën e palëvizshme Përpunimi më i saktë arrihet gjatë heqjes relativisht të vogël të shtesave për përpunim (0,05 0,2 mm), kur ndryshimi i konfigurimit dhe i madhësisë së boshllëkut punues është jo i rëndësishëm. Për bashkësitë kryesore të kësaj metode të përpunimit elektrokimik janë thjeshtësia e pajisjes kinematike dhe konstruktive të pajisjes prodhuese konstruktive dhe mundësia e rritjes së ngurtësisë dhe stabilitetit të sistemit teknologjik. Të metat janë efekti i vogël (sidomos gjatë përpunimit të gjysmë fabrikatit me saktësi të vogël, sikur që janë gjysmëfabrikatit e derdhura ose të farkëtuara ), saktësi relativisht e vogël e përpunimit (saktësia është e kufizuar me ndryshimin e konfiguracionit dhe madhësinë e boshllëkut) e ngjashme. Dispencë për student...e pa recensuar Page 19

20 PËRPUNIMI ECM ME LËVIZJEN GRADUALE TË ELEKTRODËS Gjatë lëvizjes graduale të njërës nga elektrodat (zakonisht katodës figura 2.6) është i mundshëm të realizohet : shtancimi dhe prerja, shpimi i vrimave me profile të ndryshme, punimi i sipërfaqeve me konfiguracion të ndërlikuar përkatësisht kopjimi (gravurave të veglave për farkëtim, shtancim, - tabela 2.1, lopatave të kompresorëve dhe të turbinave profileve të ndryshme figura 2.6 dhe tabela 2.2, kanalet filetore e ngjashme ) mprehja e instrumenteve, kalibrimi etj. Me zbatimin e këtyre metodave të përpunimit arrihet rritje prodhueshmërisë ( B 4 6 herë) dhe zvogëlimin e vëllimit të punëve plotësuese ose shtesë të agjustatorëve (B 2 3 herë në krahasim me metodat klasike të përpunimit, përpunimin me frezim kopjues). Në kohën më të re në veçanti përsosen metodat e përpunimit të vrimave me diametra shumë të vogla (D = 0,05 10 mm dhe përkatësisht thellësi dhe diametër L/d 200), të njohur me emërtimin STEM, ECF, EJ ose ESD metoda të përpunimit (tabela 2.3). Tabela 2.1 Parametrat themelor të punimit dhe përpunimit te gravurave të veglave Detali që përpunohet Koha e punimit (min) Thellësia/ sipërfaqja (mm/cm 2 ) Intensite ti i rrymës (A) Tension i i rrymës (V) Materiali i copës punuese/vegla Vegla për farkëtim 5,6 6.2/ Çeliku i butë/çeliku i butë Vegla për shtancim 5,8 15/ Çeliku i butë/çeliku i butë Dispencë për student...e pa recensuar Page 20

21 Vegla për derdhje / Çeliku i butë/mesingu Tabela 2.2 Parametrat themelor të përpunimit të lopatave të turbinës Materiali i detalit që përpunohet Legurat (lidhjet) e rezistueshme ndaj temperaturave të larta Lidhjet e titanit Përbërja Elektroliti Temperatura (K) 10% NaCl % NaCl + 5% NaNO Tensioni i rrymës (V) Densiteti i rrymës (A/mm 2 ) Shpejtësia e lëvizjes ndihmëse Vp(mm/min) % NaCl % NaCl + 11%KNO Dispencë për student...e pa recensuar Page 21

22 Vegla për farkëtim Vegla për shtancim Vegla për derdhje (kallëpim) Përpunimi me kopjim Punimi i lopatave të turbinës Figura 2.6 Disa operacione prodhuese të përpunimit elektrokimik me lëvizjen graduale të elektrodës Burimi i rrymës manometri pompa Shkëmbyesi i nxehtësisë Lopata (detali që përpunohet) Pajisja për lëvizjen ndihmëse Hapësira punuese-shtëpiza Valvul jokthyese Centrifuga Govata Figura 2.7 Paraqitja skematike e përpunimit elektrokimik të lopatave të turbinës (me gabarite te vogla, mesme dhe të mëdha me saktësi edhe deri 0.05mm) Dispencë për student...e pa recensuar Page 22

23 Tabela 3.3. Përpunimi elektroeroziv dhe metodat e reja të përpunimit elektrokimik të vrimave me diametra te vegjël Përpunimi Mikropërpunimi elektrokimik elektroeroziv shpimi STEM elektrostream Ed Skema e përpunimit Diametri minimal d(mm) Thellësia maksimale e përpunimt l(mm) Saktësia toleranca e realizuar (mm) (20-80)d (60-80)d 100d 50d 30d Elektroliti NaNO 3 H 2 SO 4 H 2 SO 4 H 2 SO 4 Tensioni i rrymës (A) Presioni i shpëlarjes < Dispencë për student...e pa recensuar Page 23

24 p(bar) Elektroda Problemet karakteristike Bakër,legurë bakri Bakër i izoluar, çeliku Me kapilar Vrushkullon jokorrodues, gyp nga qelqi nga platini titani Vështërsi në punimin e elektrodave dhe shpenzime te larta të punimit PËRPUNIMI ECM ME KATODË RROTULLUESE Shfrytëzohet për frezim profilor dhe të rrafshët, retifikim, punim të filetave, prerje e ngjashme (figura 15). Me qarkullimin intensiv të elektrolitit, gjatë boshllëkut mjaft të vogël (deri 0,01 mm dhe shpejtësive të mëdha të rrotullimit të katodës edhe deri 50 m/s e më shumë ), arrihet saktësi e lartë edhe efektivitet e lart e përpunimit (largimi i sasive më të mëdha të materialit). Dispencë për student...e pa recensuar Page 24

25 Figura 2.8 Disa operacione prodhuese të përpunimit elektrokimik me katodën rrotulluese Metodat e përpunimit elektrokimik me rrotullimin e katodës zhvillohen shpejtë në drejtim të formimit të modifikimeve të reja të proceseve, përmes shfrytëzimit të skemave themelore kinematike karakteristike për metodat konvencionale të përpunimit (përpunimi me prerje). Zbatimi më racional është tek përpunimi i sipërfaqeve me konfiguracion të ndërlikuar, në detalet e përpunimit nga materialet me përpunueshmëri të vështirë gjatë kërkesave të larta në pikëpamje të kualitetit të saktësisë së përpunimit, e sidomos tek elementet me fortësi të vogël dhe stabilitet të vogël PËRPUNIMI ECM ME ANODË RROTULLUESE Thjeshtëzimi i konstruksionit të veglës katodës, mundësia e punimit të detalit me gabarite të mëdha në makinat me dimensione më të vogla dhe fuqisë së burimit të energjisë elektrike sidomos në teknikën e aviacionit dhe atë raketore, përpunimi i sipërfaqeve të ndërlikuara pikëpamje të konfiguracionit të sipërfaqes e ngjashme, arrihet me zbatimin e metodave të ndryshme të përpunimit elektrokimik me anodën e rrotullueshme (figura 16). Dispencë për student...e pa recensuar Page 25

26 retifikimi sharritja të jashtme të brendshme Punimi i sipërfaqeve cilindrike të profiluara Figura 2.9. Operacionet prodhuese të përpunimit ekektrokimik me anodën e rrotullueshme Me zhvillimin e këtyre metodave të përpunimit elektrokimik mundësohet universalitet i lartë i përpunimit elektrokimik, rritje e prodhueshmërisë dhe e ekonomicitetit të përpunimit dhe punimit të elementeve të makinave, mekanizmave etj dhe pajisjeve, rritjen e efektivitetit të metodave konvencionale të përpunimit (përpunimi me tornim. retifikim, sharritje e ngjashme ) dhe rritje e dukshme e fushave të zbatimit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 26

27 PËRPUNIMI ECM ME LËVIZJEN E NDËRLIKUAR TË ELEKTRODËS Varianti me shfrytëzimin e telit ose të gypit të perforuar figura 2.10, aplikohet për realizimin e operacioneve prodhuese sikur që janë: Përpunimi i gravurave, dhëmbëzoreve, matricave për kuposje, shabllonave etj. Figura 2.10 Parimet themelore të përpunimit elektrokimik me lëvizjen e ndërlikuar te elektrodës Vetë metoda mundëson formimin e konfigurimit të ndërlikuar të sipërfaqes duke shfrytëzuar instrumentin me fortësi mjaft të vogël, gjatë humbjeve minimale të materialit dhe shpenzimeve minimale, të energjisë. Me aplikimin e telit (me diametër 0,3 0.5 mm) ose të gypit të perforuar arrihen gjerësi mjaft të vogla të stresës së prerë ose tretjen lokale anodike të materialit të detalit që përpunohet PARAMETRAT E REGJIMIT TË PERPUNIMIT Parametrat themelor të regjimit të përpunimit tabela 3.4 janë të definuar: - me dendësitetin e rrymës elektrike (njëtrajtshmëria e së cilës paraqet supozimin bazë për zhvillimin e drejtë të procesit), tensioni i cili mund të jetë konstant ose i ndryshueshëm impulsiv me kohëzgjatje të impulsit prej 0,01 0,04 sec, me fuqinë e rrymës elektrike, me boshllëkun në mes të elektrodave, presionin, shpejtësinë e lëvizjes, Dispencë për student...e pa recensuar Page 27

28 rrjedhjen dhe temperaturën e elektrolitit dhe shpejtësinë e lëvizjes ndihmëse të elektrodave. Parametrat themelor të qarkut t elektrik janë: - dendësiteti i rrymës elektrike: D I A U k e ( A/ mm Karakteristikat themelore të regjimit të përpunimit, të disa operacione prodhuese të përpunimit elektrokimik 2 ). (6) - rezistenca elektrike e elektrolitit: R e k A e ( ) dhe (7) -fuqia e rrymës elektrike: I U R e UkeA (A) (8) Ku janë : U (V) tensioni në skajet e elektrodave, K e (1/ohm mm) përçueshmëria specifike elektrike e elektrolitit, (mm) boshllëku në mes të elektrodave dhe A (mm 2 )- sipërfaqja e detalit që përpunohet, e cila merr pjesë në proces. -Shpejtësia e largimit të materialit (e tretjes), ndryshimeve të dimensionit të detalit që përpunohet ose lëvizjes së instrumentit prerës është: V K m D K m U k e [mm / min], (9) Dispencë për student...e pa recensuar Page 28

29 -Prodhueshmëria vëllimore speficike proporcionale K m dhe dendësiteti i rrymës elektrike, varet nga vlerat e tensionit, boshllëkut në mes të elektrodave, fuqisë së rrymës elektrike dhe sipërfaqes së detalit që përpunohet, e cila merr pjesë në proces. Në veçanti është aktual ndikimi i prodhueshmërisë vëllimore e cila konsiderohet edhe si parametër në përpunimin elektrokimik: K m K e [ mm 3 / Amin], p (10) Ku janë: K e (g/ah) ekuivalenti elektro kimik i materialit dhe (cm 3 ) - dendësiteti i materialit të detalit që përpunohet. Koha kryesore e përpunimit varet nga madhësitë e shtesës për përpunim z (mm) dhe shpejtësia e ndryshimit të dimensionit të detaleve që përpunohet, d.m.th, t q Z /V [min] (17) 2.5 FLUIDI PUNUES ELEKTROLITI Elektroliti është një ndër elementet më të rëndësishëm të procesit të përpunimit elektrokimik. Detyrat themelore të elektrolitit janë : - largimi i thërmiave të formuara me tretjen anodike, - ftohja e instrumentit dhe detalit që përpunohet, - largimi i shtresës së pasivizuar dhe të gazrave të krijuar, - krijimi i parakushteve të domosdoshme për zhvillimin e përpunimit të procesit elektrokimik dhe proceseve tjera gjatë përpunimit etj. Për realizimin e detyrave të cekura elektroliti duhet të ketë: - elektro përçueshmëri specifike të lartë, - vlerë ph përkatëse Dispencë për student...e pa recensuar Page 29

30 - veti anti korrozive të larta - viskozitet të vogël - shkallë të lartë të përshtatshmërisë për përdorim (pranimin dhe sfrytëzimin gjatë procesit të punës), - nivel të lartë të vetive mbrojtëse (jo rrezikshmëri gjatë punës) - zbatim të lartë ekonomik (çmim i ultë ) etj. Zgjedhja e llojit dhe e parametrave të regjimit dhe kushteve punuese të elektrolitit (rrjedhjes, presionit, shpejtësisë së rrymimit, përqendrimi dhe temperaturës së elektroliti), mund të merren vetëm në bazë të analizës komplekse të ndikimit të elektrolitit në karakteristikat themelore dhe treguesve tekno-ekonomik të procesit të përpunimit elektrokimik. Elektroliti duhet të jetë ashtu i kompozuar, që nga materiali i detalit që përpunohet, të formojë kompozime të cilat me lehtësi mund të treten në ujë dhe thjeshtë të largohen nga sistemi i qarkullimit të elektrolitit NDIKIMI I ELEKTROLITIT NË PROCESIN E PËRPUNIMIT Lloji, përbërja kimike, përqendrimi dhe parametrat tjerë të elektrolitit ndryshojnë në spektër me kufij mjaftë të gjerë varësisht nga lloji i materialit të detalit që përpunohet, llojit të përpunimit elektro kimik, materialit të instrumentit e ngjashëm. Këshshtu, për shembull, qarkullimi i elektrolitit figura 2.12 në masë të madhe ndikon në dendësitetin e rrymës elektrolike (gjatë U=const), e me këtë edhe treguesit tjerë të procesit të përpunimit. Shpejtësia e rrymimit të elektrolitit, në shumicën e rasteve, sjellet deri tek 10 m/s e më shumë. Vlera konstante e shpejtësisë së elektrolitit është një nga kushtet e domosdoshme për formimin e sipërfaqes me kualitet të lart. Ndryshueshmëria e shpejtësisë sjell deri tek shfaqja e gjurmëve dhe defekteve tjera në sipërfaqen e përpunuar. Me rritjen e shpejtësisë së rrymimit të elektrolitit rritet edhe intensiteti i tretjes së materialit. Kjo shpjegohet me faktin që produktet e tretjes anodike dukshëm më shpejtë largohen nga zona e përpunimit, me këtë zvogëlohet edhe rezistenca elektrike e elektrolitit dhe rritet densiteti i rrymës Dispencë për student...e pa recensuar Page 30

31 elektrike. Efekti i rritjes së treguesve tekno-ekonomik është evident deri tek vlerat e caktuara të shpejtësisë së rrymimit të elektroliti, kur vihet deri tek pasivizimi i procesit. Figura 2.12 Ndikimi i rrjedhjes së elektrolitit në densitetin e rrymës elektrike Ndikimi i presionit dhe i temperaturës së elektrolitit, po ashtu, është i rëndësishëm dhe varet nga kushtet e përpunimit. Me ndryshimin e temperaturës së elektrolitit, varësisht nga lloji i materialit të detalit që përpunohet figura 2.13, vie deri tek ndryshimet e ndryshme të shpejtësisë së tretjeve të materialit dhe të treguesve tjerë tekno-ekonomik, vërehet se në kushte të caktuara të përpunimit duhet të anohet nga gjetja e karakteristikave optimale dhe e parametrave optimal të elektrolitit. Një nga karakteristiket e rëndësishme të elektrolitit është stabiliteti dhe qëndrueshmëria e elektrolitit gjatë përpunimit. Me këtë rast, me kohë vie deri tek rritja e disa karakteristikave (vlera ph temperatura dhe elektro përçueshmëria specifike) dhe rënia e vlerave kinematike të viskozitetit të elektrolitit. Me këtë varësisht nga lloji i operacioneve përpunuese të përpunimit elektrokimik, ndryshojnë edhe treguesit tekno-ekonomik të procesit kështu që për shembull, me rastin e retifikimit vie deri tek rënia, ndërsa me rastin e operacioneve tjera prodhuese vie deri tek rritja e treguesve, me rënien e vlerave kinematike të viskozitetit. Kjo nga arsyeja që sa më pak viskozitet të elektrolitit shkakton edhe më pak rezistencë hidrodinamike, gjatë rrymimit të elektrolitit nëpër boshllëk Dispencë për student...e pa recensuar Page 31

32 Çeliku karbonik Çeliku i lidhur Çeliku jokorrodues Figura Ndikimi i temperaturës së elektrolitit në shpejtësinë e tretjes dhe kohës punuese në karakteristikat e elektrolitit 2.6 INSTRUMENTI - KATODA FORMA DHE DIMENSIONET E INSTRUMENTIT-ELEKTRODËS Instrumenti për përpunimin elektrokimik është i formës profilore, gypore, kapilare e ngjashëm. Forma dhe dimensioni i instrumentit janë të kushtëzuara me llojin e operacionit prodhues dhe konfigurimin e sipërfaqes së detalit që përpunohet, e cila formohet në procesin e përpunimit elektrokimik figura Dispencë për student...e pa recensuar Page 32

33 Figura 2.14 Forma e veglës dhe boshllëku mes elektrodave gjatë përpunimit elektrokimik dimensionet relative të instrumentit janë të definuara me relacionin: ( Z) [ mm] o I (26) në të cilën janë i = ose i = b (mm) - boshllëku ballor ose anësor në mes të elektrodave figyra 2.14 dhe z ( mm )- shtesa për përpunim final, në qoftë se e njëjta është përpunuar me metodën e përpunimit teknologjik MATERIALI I INSTRUMENTIT Materiali i instrumentit duhet ti plotësojë kërkesat themelore të procesit të përpunimit. Kjo do të thotë se vetitë themelore kryesore të materialit janë përçueshmëria e mirë elektrike dhe përçueshmëria e nxehtësisë dhe rezistenca e lartë në korrozion. Për këtë si material për punimin e instrumentit shfrytëzohet bakri, mesingu, bronzi, çeliku karbonik, nikeli, plumbi, grafiti, alumini dhe një mori materialesh tjera me karakteristika të ndryshme dhe me destinime të ndryshme. Dispencë për student...e pa recensuar Page 33

34 2.7 PAJISJA - INSTALIMI PËR PËRPUNIMIN ELEKTROKIMIK Instalimi për përpunimin elektrokimik figura 2.15 në parim, përbëhet nga: - makinës vegël, - burimit të energjisë elektrike - sistemit qarkullues të elektrolitit dhe - sistemit për kontroll dhe drejtim të procesit të përpunimit elektrokimik të materialit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 34

35 Katodainstrumenti me izolim burimi i rrymës së vazhduar Transmetuesi i lëvizjes ndihmëse Anoda-detali që përpunohet manometri elektroliti elektroliti Matësi i parametrave të elektrolitit pompa filtri Pompa e presionit të lartë Rezervari Figura 2.15 Paraqitja skematike e instalimit për përpunim elektrokimik Të gjitha elementet e instalimit dhe instalimi në përgjithësi janë të projektuara ashtu që të mundësojnë nivel përkatës të parametrave dhe kërkesave të rëndësishme për funksionimin e instalimit, sikur që janë: prodhueshmëria, saktësia, qëndrueshmëria, shkalla e a automatizimit, jo rrezikshmëria-niveli i mbrojtjes, efikasiteti ekonomik etj. Dispencë për student...e pa recensuar Page 35

36 3.0 PËRPUNIMI ELEKTROEROZIV EDM 3.1. BAZAT E PROCESIT Përpunimi elektroeroziv ( Electric Discharge Machening EDM ) përfshinë metodat e përpunimit të metaleve te të cilat largimi i tepricës së materialit realizohet me serinë e zbrazjeve elektrike me karakter periodik, të realizuara në mes të instrumentit prerës katodës (1) figura 3.1 dhe detalit që përpunohet anodës 2. Gjatë distancës përkatëse të instrumentit prerës dhe detalit që përpunohet (0,005 0,5 mm) vendoset harku elektrik ose shkëndija (3). Shfaqja e harkut elektrik ose shkëndisë elektrike sjell deri të jonizimi i fluidit punues (dielektrikut 4), formimit të shtyllës së elektrike (shtyllës jonizuese 5), shkrirjes dhe avullimit të thërrmijave të materialit të detalit që përpunohet, nën veprimin e rrymës elektrike me dendësitet të lartë, e cila rrjedh nëpër shtyllën jonizuese në periodë interval shumë të shkurtë kohor (disa s). Gjeneratori i impulseve L R C U = 4 4 Parimi i përpunimit 2 5 Skema e procesit 2 Figura 3.1 Elementet themelore të përpunimit elektroeroziv Dispencë për student...e pa recensuar Page 36

37 Me ndërprerjen e zbrazjes elektrike (qarkut elektrik) vie deri te shpërthimi (eksplodimi) i shtyllës jonizuese, nxjerrja e materialit të shkrirë (tretur) dhe largimit të tij nga zona e përpunimit. Ftohja e materialit të tretur dhe largimi i tij realizohet me dielektrikun i cili qarkullon. Shkarkimet impulsive, alternative sigurojnë, shkatërrimin e materialit, depërtimin e instrumentit prerës dhe formimin e profilit i cili i përgjigjet profilit të instrumentit prerës PARIMET E PËRPUNIMIT Sipas mënyrës dhe parimeve të shkatërrimit të materialit, proceseve të cilat zhvillohen në mes të instrumenteve prerëse dhe detalit që përpunohet, mënyrës së formimit të zbrazjeve elektrike dhe kohës së zgjatjes së impulseve, dallohen edhe metodat e përpunimit elektroeroziv figura 3.2. Te erozioni me hark-elektrik largimi i tepricës së materialit realizohet me zbrazjen periodike stacionare. Me oscilimet mekanike (me afrimin dhe largimin e instrumentit prerës) vie deri te formimi dhe shuarja e harkut elektrik, shkatërrimit periodik të materialit dhe largimit të tij nga zona e përpunimit. Metoda EDM Me elektrohark elektroerozive Me elektroshkëndi elektroimpulsive U~ U~ U= Figura 3.2 Metodat e përpunimit elektroeroziv Dispencë për student...e pa recensuar Page 37

38 Me sjelljen e ujit nëpër elektrodë, materiali i tretur dukshëm ftohet dhe largohet nga materiali bazë, nën veprimin e forcave dinamike të shfaqura me rastin ftohjes intensive të materialit. Në procesin e erozionit me elektrohark formohet shtylla jonizuese e zgjeruar kah anoda, me çka dukshëm zvogëlohet saktësia e përpunimit. Nga arsyet e tilla dhe nga një mori arsyesh tjera erozioni me elektrohark kryesisht shfrytëzohet në punëtoritë e remontit dhe si i tillë nuk ka rëndësi për praktikën e gjerë industriale. Kur është fjala për përpunimet me elektroerozion atëherë nënkuptohen, para së gjithash, metodat me elektroshkëndi ose me elektroimpulse të përpunimit. Tek metoda e përpunimit me elektroshkëndi erozive largimi i materialit të tepërt është rezultat i zbrazjeve serike periodike jostacionare dhe kuazistacionare në dielektrikum. M ftohet e veprimin e shkendisë elektrike vie deri te shkrirja dhe avullimi i materialit, i cili, gjatë ndërprerjes së shkarkimit elektrik ftohet në mënyrë intensive. Kjo sjell deri te avullimi i materialit të tretur në formë të shpërthimeve, nxjerrjen e materialit të lëngshëm dhe kondensimi i tij në dialektrik, me shfaqje e kraterit përkatës në anodë. Erozionin me elektroshkëndi e karakterizon kohëzgjatja shumë e shkurtër e impulseve (deri 1 s) dhe raport relativisht i madh i periodës dhe i kohës zgjatjes së impulsit (1/t = 10). Shkarkimi elektrik, zakonisht, përfshinë sipërfaqen 0,05 1mm 2, në thellësinë 0,005 0,5 mm. Realizohet me ndihmen rrymës elektrike, e cila në shtyllën e shkarkimit elektrik arrin dendësitetin deri A për mm 2, derisa pjesët e elektrodës ngrohen deri në temperaturën C. Përpunimi me elektroimpuls dallon nga përpunimi me elektroshkëndi për shkak të karakterit të impulseve elektrike, kohëzgjatjen e tyre ( s) dhe raportin e periodës dhe kohëzgjatjes së impulsit (1/t = 1-10). Impulsi elektrike formohen përmes gjeneratorit autonom (gjeneratori me motor), i cili jep impulse një polare me frekuencë përkatëse (p.sh 400 Hz). Skema parimore e përpunimit është e ngjashme me metodën e përpunimit me elektroshkëndi me ç rast instrum enti prerës paraqet anodën, detali që përpunohet paraqet katodën. Dallohet me shpejtësi të madhe të largimit të materialit, me shpenzime më të vogla të energjisë elektrike, me kohëzgjatje më të madhe të qëndrueshmërisë së instrumentit prerës dhe diçka më pak prodhueshmëri në operacionet prodhuese të përpunimit final. Për këto arsye përpunimi Dispencë për student...e pa recensuar Page 38

39 me elektroimpuls (gjatë vlerave të ulëta të tensionit 25-30V, me vlera më të larta fuqisë elektrike A dhe vlera më të ulëta dhe të mesme të frekuencave të impulseve të gjeneratorit, Hz ) përdoret për përpunim të ashpër. Duke filluar nga karakteristikat themelore të përpunimit me elektrohark dhe me elektroimpuls në praktikën industriale zakonisht shfrytëzohen metodat e kombinuara të përpunimit (përpunimi paraprak me elektroimpulse ndërsa përpunimi final me elektroshkëndi) ESENCA FIZIKA E PROCESIT Përpunimi me elektroerozion realizohet me dy elektroda -instrumenti 1 dhe detali që përpunohet- 2 figura 3.3 të zhytura në tretësirën punuese dilektrikun (3) me rezistencë të lartë elektrike. Dukuritë të cilat zhvillohen gjatë shkarkimit impulsiv, brenda boshllëkut (hapsirës) në mes elektrodave, janë mjaft të ndërlikuara dhe komplekse dhe paraqesin objekt të hulumtimit të një mori shkencëtarëve. Me zvogëlimin e boshllëkut punues (distancës punuese), gjatë vlerave kritike (zakonisht 0,05 0,5 mm ), vie deri të shfaqja e shkëndijave elektrike shkarkimeve në mes të elektrodave. Shkarkimet elektrike janë pasojë e proceseve të ndërlikuara fizike, ndërsa manifestohen me shfaqjen e shtyllës së shkarkimit elektrik si rezultat i jonizimit të vëllimit të vogël të dielektrikut figura U~ Dispencë për student...e pa recensuar Page 39

40 Figura 3.3 Skema parimore e përpunimit me elektroerozion M + e M + e M + e Figura 3.4 Zona e shkarkimit dhe flluska e gazit gjatë përpunimit me elektroerozion Shfaqja e shkarkimeve elektrike shkakton nxehjen e dukshme të sipërfaqes së elektrodës (deri në temperaturën C e më shumë), si dhe avullimin e dielektrikut dhe krijimin e fluskave të gazit, me presion shumë të lartë të dielektrikut. Me ndërprerjen e qarkut elektrik vie deri te shpërthimi i fluskave të gazit për shkak të rënies momentale të temperaturave. Me këtë krijohen forca të rëndësishme ose të dukshme dinamike, të cilat largojnë metalin e shkrirë nga krateri. Materiali i shkrirë (avulluar) në mënyrë eksplozive, për shkak të veprimit të ftohjes së dielektrikut, ngurtësohet në formë të sferave të imta dhe largohet nga zona e përpunimit me ndihmën e dielektrikut, i cili qarkullon, në këtë mënyrë formohet krateri me madhësi përkatëse, ndërsa seria e zbrazjeve të njëpasnjëshme shkakton shfaqjen e një mori krateresh (njëpasnjëshëm), përkatësisht largimit e materialit të tepërt të detalit që përpunohet. Vërehet se, në procesin e përpunimit elektroeroziv vie deri tek dukuritë e ndryshme ndërsa themelore janë dy : dukuria elektrike (shkaktimi i zbrazjes në rrethinën elektrike të tretësirës) dhe dukurisë së nxehtësisë (shkrirja dhe avullimi i materialit të elektrodës dhe avullimit të dielektrikut). Gjatë kësaj tensioni elektrik dhe fuqia e rrymës elektrik,e, gjatë një impulsi elektrik, kanë ndryshim karakteristik me kohën figura 3.5, e cila karakterizohet me tri faza: Dispencë për student...e pa recensuar Page 40

41 - jonizimi i dielektrikut, - shkarkimi elektrik dhe - rënia gjegjësisht largimi i shtyllës jonizuese (dejonizimi) U I T t t Figura 3.5 Shtylla jonizuese dhe pamja e impulsit elektrik Në fazën e parë vie deri te jonizimi i dielektrikut figura 3.6. Për shkak të johomogjinetit dhe sipërfaqes së instrumentit prerës dhe detalit që përpunohet shfaqet emitimi diskret i elektroneve Figura 3.6.a nga elektroda negative. Me ndeshjen e elektroneve me thërrmijat neutrale, të mediumit punues (dielektrikut), shkaktohet shkatërrimi i molekulave të dielektrikut (largimi i një elektroni nga molekula) dhe shfaqjae grimcave (thërmiave) të elektrizuara negativisht dhe pozitivisht (jone), gjegjësisht jonizimi i dielektrikut. Nëse numri i elektroneve dhe energjia e tyre është mjaft e madhe vie deri te reaksioni zinxhiror dhe jonizimi i plotë i hapësirës në mes të elektrodave, përkatësisht së shfaqjes së shtyllës jonizuese. Shfaqja e shtyllës jonizuese shkarkuese mundëson rrjedhjen e energjisë elektrike, përkatësisht qarkullimin thërrmijave me ngarkesë elektrike, ngjashëm me llavën, nga njëra në drejtim të elektrodës tjetër. Në fazën e dytë faza e shkarkimit elektrik figura 3.7 thërrmijat e elektrizuara pozitivisht lëvizin kah elektroda negative, ndërsa thërrmijat e elektrizuara negativisht kah elektroda pozitive. Dispencë për student...e pa recensuar Page 41

42 U I U I U I U U U I a t I b t I c t Figura 3.6 Paraqitja skematike e procesit të jonizimit I U I U I U I U I U I U I a t b t c t Figura 3.7 Paraqitja skematike e thërrmijave të shkarkimit elektrik Me rrjedhjen e rrymës elektrike vie deri të rënia e rezistencës të mediumit gjegjësisht të dielektrikut dhe rritja e fuqisë së rrymës elektrike, vie deri tek rritja e presionit dhe temperaturës brenda shtyllës jonizuese dhe shfaqjes së shkrirjes dhe avullimit të materialit të detalit që përpunohet përkatësisht të elektrodës. Dispencë për student...e pa recensuar Page 42

43 U I U I U I U I U I U I a t b t c t Figura 3.8 Skema e shkatërrimit të shtyllës jonizuese dhe largimit të materialit të elektrodës dejonizimi Me ndërprerjen e qarkut elektrik, në fazën e tretë, vie deri të rënia rapide e rezistencës të thërrmijave me ngarkesa elektrike (të elektrizuara), shkatrrimit të fluskaveve të gazit dhe me rënien rapide të presionit. Kjo shkakton avullimin eksploziv të materialit, ftohje momentale të tij (në kontakt me dielektrumin) shfaqjen e thërrmijave të ngurtësuara të materialit dhe mbetjeve të tretësirës punuese (zakonisht të karbonit dhe gazit). 3.3 OPERACIONET PRODHUESE Përpunimi elektroeroziv shfrytëzohet në rastet kur përpunimi mekanik i materialit është i pa mundshëm ose skajshëm i vështirë, gjatë përpunimit të materialeve shumët të forta (çeliku zjarrdurues, dhe çeliku jo oksidues e ngjashëm). Me përpunimin e vrimave me diametër të vogël (0,1-1mm), vrimave dhe detaleve me forma dhe konfiguracione të ndërlikuara figura 3.9 dhe 3.10 etj. Në shumë raste përpunimi me elektroerozion është metodë e vetme e përpunimit të gjysmë fabrikateve nga molibdeni, volframi dhe tantali, me saktësi dhe kualitet të përpunimit (deri 1-2 m). Veçanërisht është i përshtatshëm dhe Dispencë për student...e pa recensuar Page 43

44 ekonomikisht i arsyeshëm gjatë prerjes (shkurtimit), hapjes së kanaleve të ndryshme të detaleve të punuara nga metalet e shtrenjta (germaniumi e ngjashëm), kur gjerësia e prerjes ( e formuar nga elektrodat prej molibdeni, mesingu ose çeliku me trashësi përreth 0,15 mm) është relativisht e vogël 0,25-0,30 mm, me një kualitet të lartë të përpunimit të sipërfaqes. Me metodën e përpunimit me elektroerozion mundësohet që të realizohen një mori operacionesh prodhuese figura me shfrytëzimin e veglave të profiluara ose jo të profiluara (elektrodave të formave të plota ose të telit). Formësim i sipërfaqeve realizohet me kopjimin e formave të veglave ose me lëvizjen reciproke të detalit që përpunohet dhe veglës jo të profiluar përkatësisht elektrodës në formë të telit (me lëvizjen reciproke relative të detalit që përpunohet dhe veglës së profiluar). Dispencë për student...e pa recensuar Page 44

45 Figura 3.9 Paraqitja skematike e disa prodhimeve të disa operacioneve prodhuese me përpunimin elektroeroziv gravurimi Punimi i rrjetes Figura 3.10 Paraqitja skematike e disa operacioneve prodhuese të përpunimi elektroeroziv Metoda EDM stampimi prerja Retifikimi -shpimi -punimi i gravurave -ngjashëm - me disk rrethor -me shirit -me tel -i jashtëm rrethor -i brendshëm rrethor -i rrafshët e ngjashëm Figura 3.1. Klasifikimi i mundshëm i operacioneve prodhuese të përpunimit elektroeroziv Zhvillimi i metodave të përpunimit elektroeroziv dhe pajisjeve përkatëse, ka mundësuar realizimin e një mori operacioneve prodhuese prej me të ndryshme, si edhe të atyre të Dispencë për student...e pa recensuar Page 45

46 cilat realizohen me metodat klasike (konvencionale të përpunimit). Me zhvillimin e makinave për përpunim me elektrodë në formë teli dhe përsosjen e mëtutjeshme të makinave për përpunim me elektroda të plota janë krijuar kushtet për rritjen e dukshme të efikasiteti (produktivetit dhe ekonomicitetit) të ekzekutimit të një mori operacionesh prodhuese. Përpunimi me elektrodë në formë teli siguron edhe përpunimin i konturave të ndërlikuara me shkallë të lart të saktësisë, me një automatizim të thjeshtë të lëvizjeve, sipas programit të dhënë paraprakisht. 3.4 PARAMETRAT E PROCESIT TË PËRPUNIMIT Procesi i përpunimit elektroeroziv figura 3.12 varet nga shumë parametra të renditur zakonisht, në dy grupe: elektrik dhe mekanik. Njohja e tyre dhe analiza e ndikimit të parametrave veç e veç në treguesit teknoekonomik të procesit të përpunimit është parakusht themelor për formimin e prodhimit të kualitet gjegjës. Parametrat elektrik janë të përcaktuar me karakteristikat elektrike të impulsit, ndërsa mekanik me skemën kinematike të përpunimit, regjimin e lëvizjeve ndihmëse (shpejtësia e lëvizjes ndihmëse), me shpejtësinë e rrotullimit të elektrodës e ngjashëm. rregullatori Gjeneratori i impulseve Servo pajisja Z 3 x 380V 1 2 Q P Procesi EDM Z Rregullatori boshllëkut punues Rregullatori i rrjedhjes së dielektrikut Figura 3.12 Skema parimore e rregullimit të procesit të përpunimit elektroeroziv Dispencë për student...e pa recensuar Page 46

47 Efekti i përpunimit varet nga parametrat themelor të qarkullimit të dialektrikut (presionit dhe rrjedhjes) dhe një mori më shumë ose më pak (karakteristikave të materialit të detalit që përpunohet: temperaturës dhe nxehtësisë së shkrirjes dhe të avullimit, nxehtësia dhe përçueshmëria elektrike, përbërja kimike etj; karakteristikat e diaelektrikut, përçueshmëria, viskoziteti, temperatura e depërtimit dhe shpejtësia e dejonizimit, karakteristikat e materialit të instrumentit prerës:përçueshmëria termike, polariteti dhe shpejtësia e dejonizimit të hapësirës punuese, intensitetit të avullimit të mediumit punuese etj.). Të gjitha këto janë karakteristika dhe parametra të cilët ndikojnë në mënyrë komplekse dhe të ndryshme, kështu që janë të domosdoshme hulumtimet dhe vështrimet adekuate. 3.5 FLUIDI PUNUES DIELEKTRIKU Për realizimin e procesit të përpunimit elektroeroziv dhe arritjes se efekteve përkatëse tekno-ekonomike, kujdes të veçantë i kushtohet edhe zgjidhjes së fluidit punues, dhe projektimit të metodës së shpëlarjes së hapësirës punuese dhe sistemit adekuat të qarkullimit të tretësirës DIELEKTRIKU Detyrat themelore të tretësirës gjegjësisht fluidit punues janë: krijimi i kushteve për realizimin e shkëndijës (zbrazjes elektrike) në mes të elektrodave, izolimi i hapësirës në mes të elektrodave, largimi i produkteve të përpunimit, ftohja e elektrodave, krijimi i kushteve përkatëse për shfaqjen e shtyllës të shkarkimit elektrik, evitimi i sendimentimit të jo pastërtive dhe të produkteve të erozionit në njërën nga elektrodat etj. Mu për këto arsye, gjatë zgjedhjes së llojit të dielektrikut, përveç kërkesave themelore të procesit të përpunimit, kujdes të veçantë i kushtohet edhe karakteristikave themelore të dielektrikut: viskoziteti i vogël kinematik, rezistenca e lartë elektrike, vlera adekuate e vetive dielektrike (shpejtësia jonizuese dhe dejonizuese), vlera e lartë e temperaturës se Dispencë për student...e pa recensuar Page 47

48 ndezjes, neutraliteti kimik dhe jo toksiciteti (jo helmueshmëria), niveli i lartë i vetive mbrojtëse dhe niveli ultë shpenzimeve eksploatuese. Si dielektrik shfrytëzohet uji i dejonizuar dhe lloje të ndryshme të karbohidrateve (vaji, petroli, kerozina etj. Uji i dejonizuar dhe petroliumi kanë qëndrueshmëri të shkurtër, kështu që kërkohet që të ndërrohen me shpesh se sa në rastin e punës me vajin mineral. Për përpunimin e pjesëve me të imta dhe për përpunimin final shfrytëzohen fluidet me viskozitet me të vogël (uji i dejonizuar ose petroliumi), ndërsa për përpunimin e ashpër dhe për përpunimin e detaleve me gabarite të mëdha shfrytëzohet fluidi me viskozitet më të lartë (vaji mineral) SHPËRLARJA E HAPËSIRËS PUNUESE Shpëlarja e hapësirës punuese (rrjedhja e dielektrikut në mes të instrumentit prerës dhe detalit që përpunohet) është një nga faktorët kryesor me ndikim në prodhueshmëri dhe në intentisitetin e konsumimin e instrumentit. Në fillim të procesit dielektriku është i pasur dhe ka rezistencë më të lartë elektrike se sa gjatë procesit. Per këto arsye është e domosdoshme që në kohë të caktuar kjo rezistencë të mposhtet dhe të shfaqet shkarkimi parë. Thërmiat e larguara me shkarkimin e parë figura 3.14 mundësojnë shkarkim më të lehtë elektrik dhe përmirësimin e kushteve të përpunimit. Shkarkimi i parë elektrik Kushtet e mira punuese Kushtet e përmirësuara Figura 3.14 Ndikimi i sasisë së produkteve te përpunimit në kushtet e përpunimit Dispencë për student...e pa recensuar Page 48

49 Mirëpo, kur përbërja e thërrmijave është shumë e madhe, vie deri tek ndotja e hapësirës punuese, shfaqja e lidhjes së shkurtër ose të harkut, me këtë edhe një mori procesesh të padëshiruara të cilat shkaktojnë rënien e prodhueshmërisë, zvogëlimin e kualitetit të përpunimit dhe një mori efektesh tjera negative. Shpëlarja e hapësirës punuese nuk duhet të jetë as shumë e fuqishme e as shumë e dobët, sepse efekti më i mirë i përpunimit arrihet gjatë koncentrimit të produkteve të caktuar, optimale të përpunimit. Me shpëlarje, shpëlarja e hapësirës punuese mund të bëhet edhe në mënyrë natyrale edhe në mënyrë të detyruara. Shpërlaja natyrale është rezultat i veprimit të valëve hidraulike dhe akustike të krijuara gjatë procesit të shkarkimit elektrik dhe shfaqjes së ndryshimit të temperaturave të dielektrikut brenda boshllëkut punues në mes të elektrodave dhe dielektrikut Dispencë për student...e pa recensuar Page 49

50 Shpërlarja me injektim Shpërlarja me absorbim Prurja e dielektrikut Largimi i dielektrikut Shpërlarja ansore terthore Shpërlarja me përzierje Shpërlarja me impulse sinkrone (injektimi me rastin e largimit te instrumentit) Injektimi- Shpërlarja ansore Metodat e kombinuara Injektimi- absorbim Figura 3.15 Metodat e shpëlarjes së hapësirës punuese Dispencë për student...e pa recensuar Page 50

51 Mirëpo, me shpërlaje natyrore, zakonisht, nuk mundësohet efikasiteti përkatës, prandaj shfrytëzohet metodat e ndryshme të shpëlarjes së detyrueshme figura 3.15, sikur që janë: injektimi nëpër instrumentin prerës ose detalit që përpunohet nën presion me impulse të vazhdueshme ose me rrjedhje impulsive të dielektrikut me absorbimin nëpër instrument ose detal që përpunohet, me shpëlarjen anësore tërthore, me oscilimin gjatësor, të instrumentit elektrodës, me largimin gjegjësisht afrimin periodik të instrumentit prerës, me përzierjen e dielektrikut, me shpëlarjen e kombinuar etj. 3.6 INSTRUMENTI PËR PËRPUNIM ME ELEKTRO EORZION Fakti se shpenzimet e instrumentit mund të jenë deri 50%, të vlerës së përpunuar të operacioneve prodhuese, tregojnë për nevojën e definimit adekuat të gjithë parametrave relevant të instrumentit prerës e para se gjithash: formës, numrit dhe dimensioneve, mënyrës dhe metodave të punimit dhe llojeve të materialeve të instrumentit për përpunimin me elektroerozion. Figura 3.16 Pamja e instrumentit për përpunim me elektroerozion Dispencë për student...e pa recensuar Page 51

52 Zgjedhja e formës dhe dimensioneve të instrumentit, materialit të instrumentit dhe zgjedhjes së mënyrave të konsumimit të instrumentit prerës, paraqesin problematikë komplekse, e cila kërkon një mori analizash dhe eksperimenteve hulumtuese. Punimi i instrumenteve të tipave të ndryshëm dhe konfiguracioneve të ndryshme figura 3.16 realizohet me metoda të ndryshme të përpunimit, sikur mekanike, ashtu edhe jo konvencionale, si dhe në makina me përpunim elektroerozion me elektrodë nga teli FORMA DHE DIMENSIONI I INSTRUMENTIT PRERËS Forma dhe dimensioni i instrumentit varet, para se gjithash, nga metoda e përpunimit me elektroerozion përpunimi me elektrodë të plotë ose me elektrodë në formë teli, llojet e prodhimit, të karakteristikave themelore të procesit etj. Tek përpunimi me elektroerozion me elektrodë në formë teli shfrytëzohet teli me diametër 0,2 deri 0,7 mm (zakonisht 0,25 mm), për thellësi më të vogla të detalit punues teli me diametër 0,1 deri 0,2 mm ndërsa për ekzekutim e prerjeve më të pastra teli me diametër 0,03 0,1 mm. Teli punohet zakonisht, prej molibdeni, volframi ose çeliku. Kërkesat themelore, në fazën e punimit të telit janë: saktësia e lartë (shmangia e lejuar maksimale ±1μm), kualiteti i lartë i sipërfaqes, mungesa e sforcimeve të mbetura, vetitë e garantuara mekanike në kufijtë e ngushtë të shmangieve. Tek metodat me përpunim me elektroerozion me elektrodë të plotë, forma e elektrodës ndryshon varësisht nga lloji i instalimit makinës, e cila shfrytëzohet në procesin e përpunimit. Kështu që, p.sh, në makina me lëvizje planetare forma e instrumentit prerës është dukshëm më e thjeshtë, derisa shpenzimet e punimit janë dukshëm më të vogla. Dimensioni dhe forma e instrumenteve prerëse (të elektrodat plota me lëvizje planetare ) janë të definuar : me formën dhe dimensionin e detalit që përpunohen figura 3.17, me llojin dhe destinimin e instrumentit prerës (përpunimi i ashpër paraprak ose përpunimi i pastër), me vlerën e boshllëkut të nevojshëm, me llojin e materialit të instrumentit prerës, dhe intentizitetin e konsumimit dhe një mori faktorëve tjerë më pak apo më shumë relevant. Dispencë për student...e pa recensuar Page 52

53 T a /2 d d U/2 T/2 U/2 δ D z/2 W/2 Figura 3.17 Elementet themelore të llogaritjes së instrumentit prerës D Gjatë llogaritjes së dimensioneve relevante të instrumentit prerës për përpunim final, dimensionet relevante janë: L L ( 2 Z W ) L U [ mm] A q q (23) Tek punimi dhe përpunimi i sipërfaqeve të brendshme dhe të jashtme cilindrike, përkatësisht është : L a L ( Z W ) L U [ mm] q q (24) Tek punimi dhe përpunimi i konfiguracioneve të çfarëdo forme. Në shprehjet janë: [mm] boshllëku në mes të elektrodave, Z [mm] shtesa për përpunim, W [mm] vlera e llogaritur e gabimeve të mundshme të përpunimit dhe L q [mm] dimensionet përkatëse të detalit që përpunohet. Për operacionet prodhuese të përpunimit te ashpër dimensionet relevante të instrumentit prerës janë : La Lq U ( f1 f2) [ mm] (25) Ku janë: f 1 [mm] përmasa shtesë e cila përfshin boshllëkun punues, lartësinë maksimale të jo rrafshinave të sipërfaqes anësore dhe shtesa siguruese (Z s ) e cila është: f1 2 2Rmax Zs [ mm] (26) Dispencë për student...e pa recensuar Page 53

54 Për sipërfaqet cilindrike, përkatësisht është : f1 Rmax ZS [ mm] (27) Për konfiguracione me forma të ndërlikuara, ndërsa f 2 [mm] shmangia e lejuare pozitës për kalimet e ashpra përkatësisht për përpunime të pastra. Gjerësia e fushës toleruese të punimit të instrumentit prerës është funksion i gjerësisë të fushës toleruese të dimensioneve relevante të detalit që përpunohet (T) dhe, për instrumente të destinuar për përpunim të pastër, a 0,5 [ mm] (28) Varësisht nga lloji i kualitetit të përpunimit shfrytëzohen një ose më shumë elektroda. Numri i elektrodave të nevojshme varet nga: kualiteti i përpunimit, ndërlikueshmëria e konfiguracionit të detalit që përpunohet, natyra e materialit të detalit që përpunohet, vlerta kritike të rrumbullakimit, saktësia e përpunimit, dimensionet gabaritet e detalit që përpunohet, thellësia e përpunimit. Varësisht nga ndërlikueshmëria dhe lloji i përpunimit shfrytëzohen, dy ose tri elektroda (instrumente prerëse), mirëpo, zgjedhja adekuate e numrit të elektrodave mund të bëhet vetëm me analizën e rentabilitetit të procesit të përpunimit, përkatësisht çmimit për njësi të kostos të shpenzimit të instrumentit prerës BOSHLLËKU PUNUES Paraqet distancën në mes të elektrodave dhe përcaktohet në varësi numri i madh i parametrave të përpunimit. Mund të llogaritet edhe me shfrytëzimin e relacionit të formave të ndryshme, si p.sh, : 2 O R 3 max e [ mm] (29) KU X C V [ mm] (30) Për boshllëk ballor figura 3.18, përkatësisht: Dispencë për student...e pa recensuar Page 54

55 b C Z W z i [mm] (31) Për boshllëk anësor. Në shprehjet e mësipërme janë: 0 [mm] boshllëku gjatë secilit vie deri të krijimi i qarkut elektrik, R max [mm] lartësia maksimale e jo rrafshinave të sipërfaqes së përpunuar, e [mm] pjesa e boshllëkut e mbushur me produktet e erozionit, w i, w s energjia e impulsit, U [v] tensioni, C [f] kapaciteti elektrik, k, c z, x dhe v konstante dhe eksponente të varshmërisë funksionale. Gjatë shpimit të çelikut me instrument prerës nga mesingu, me diametër 0,12 1,5 mm dhe me parametra të qarkut elektrik, tensionin u = V dhe c = 0,02 1 μf, vlerat e konstanteve dhe eksponentëve janë k = dhe x = 1 dhe v = 1/3. δ b δ Figura 3.18 Boshllëku punues gjatë përpunimit me elektroerozion Vlera e boshllëkut punues varet nga parametrat e impulsit elektrik figura Karakteristikat e dielektrikut, mënyrës së shpëlarjes së hapësirës punuese dhe një mori faktorëve tjerë. δ (mm) 0,4 δ b (mm) 0,4 T a /2 T/2 0,2 0 Instrumenti: Al Cu 0,2 0 Ug/ I mes (A) I mes (A) D Figura 3.19 Ndikimi i vlerave të fuqisë së rrymës në vlerat e boshllëkut punues Dispencë për student...e pa recensuar Page 55

56 3.6.3 KONSUMI I INSTRUMENTIT PRERËS Procesin e përpunimit me elektroerozion e përcjellin edhe konsumi i instrumentit prerës i krijura si rezultat i humbjeve të thërmiave të materialit të instrumentit prerës figura Intentisiteti i konsumimit të instrumentit prerës varet nga shumë faktorë, e para se gjithash nga lloji i materialit të detalit që përpunohet tabela 3.2, parametrave të impulsit elektrik (kohës së zgjatjes së impulsit ) figura 3.21 energjisë së shkarkimit të instrumentit prerës, kohës së zgjatjes dhe tensionit të jonizimit figura 3.22, fuqisë dhe frekuencës së rrymës elektrike të shkarkimit figura 3.23 dhe ngjashëm, mënyrës së shpëlarjes së hapësirës punuese etj. h v V s (mm 3 /min) hb h h v ( %) Figura 3.20 Elementet themelore të konsumimit të instrumentit prerës Dispencë për student...e pa recensuar Page 56

57 Tabela 3.2 Kombinimet më të shpeshta të elektrodave të shfrytëzuara Materiali i instrumentit Materiali i detalit që Konsumimi relativ (%) përpunohet Volframi me 10% argjend Çelik 10 Bakri Titan 10 Volframi me 10% argjend Metali i fortë 15 Bakri Bakri 30 Grafiti me 10% bakër Çeliku 35 Bakri Çeliku 45 Mesingu Çeliku 100 Çeliku Bakri 120 Alumini Bakri 170 Alumini Çeliku 180 Titani Titani 200 Çeliku Çeliku 250 Titani Çeliku 250 Mesingu Metali i fortë 300 Alumini Titani 300 Konsumi shkarkimi i instrumentit metal prerës vlerësohet si konsumim relativ dhe paraqet raportin në mes të vëllimit të materialit (V a ) dhe detalit që përpunohet (V p ) : h v 100V / V [ Z] a p (63) Dispencë për student...e pa recensuar Page 57

58 h v (%) W i : ,025 0,175 W W s 0,500 Ws C: 15 µf 70µf Katoda Cu Anoda çelik U = 200 V t i [µs] 1000 hv (%) instrumenti Zn çelik Mn C Zn U=400V W=23Ws Gjatë perpunimt të çelikut t i [µs] Figura 3.21 Ndikimi i kohëzgjatjes së impulsit, energjisë së shkarkimit dhe llojit të materialit të instrumentit në konsumin vëllimor të instrumentit h v [%] 40 I 0 = 100A 50A 20A U p = 22V t i =0,008ms Anod Cu Katoda Ç h v [%] f= 1 khz τ = 90% U p = 20 V I p = 30A ,01 0,05 0,1 0,5 t 0 [m/s] U j [V] Figura 3.22 Ndikimi i kohës dhe i tensionit të dejonizimit në konsumin vëllimor të instrumentit Dispencë për student...e pa recensuar Page 58

59 h v (%) U p = 24V τ= 90% katoda C u anoda C 0 0,01 0,05 0,1 0,5 I p = 100A 60A 20A 1 t j [ms] H v (%) Br Cu C f (Hz) Figura 3.23 Ndikimi i fuqisë dhe i frekuencës së rrymës elektrike të shkarkimit në konsumin vëllimor të instrumentit MATERIALI I INSTRUMENTIT METALPRERËS Për punimin e instrumentit prerës, praktikisht shfrytëzohen të gjitha materialet të cilat përçojnë rrymën elektrike (tabela 3.2 dhe 3.3), ndërsa më të përshtatshmet janë ato materiale të cilat kanë pikën e shkrirjes më të lartë dhe rezistencën specifike elektrike më të vogël. Materiali i instrumentit prerës duhet të sigurojë përçueshmëri të mirë elektrike dhe të energjisë së nxehtësisë, që të ketë indeks të lartë të përpunueshmërisë me metoda të ndryshme të përpunimit (konvencionale dhe jo konvencionale), shkallë të lartë të qëndrueshmërisë në konsum dhe deformim etj. Tabela 3.3 Materiali për punimin e instrumentit prerës në proceset për përpunim me elektroerozion Materiali i Dendsiteti Pika e shkrirjes Rezistenca specifike instrumentit [g/cm 3 ] [ 0 C] elektrike [ m] Materialet që më së shumti shfrytëzohen për përpunimin e çelikut dhe metalit të fortë Bakri elektrolit Legura e volframit dhe e bakrit me Dispencë për student...e pa recensuar Page 59

60 80% volfram Grafit Bakër Grafit Materialet të cilat mund të shfrytëzohen: Metalike: Jometalet: -bakri elektrolit -të aluminit legura- -giza e hirtë -grafit -kromi-bakri silumini -metali i fortë Të kombinuara: -volframi-argjendi -volframi-argjendi -mesing -çelik -titani -bronzi -bakri-grafit -legura e bakrit -volframi i pastër Tek zgjedhja e materialit të instrumentit prerës duhet të merret parasysh edhe fakti se konsumi i instrumentit ndryshon edhe formën edhe saktësinë e konfiguracionit të dëshiruar. Kjo do të thotë se më i përshtatshmi është ai material i cili mundëson ngadalësimin e konsumit të instrumentit prerës (volframi, bakri elektrolitik, grafiti)etj. V s (mm 3 /min) h v (%) pozitiv negativ R a (µm) v s h v R a Figura 3.24 Ndikimi i polaritetit të instrumentit prerës në treguesin e procesit Dispencë për student...e pa recensuar Page 60

61 3.8. INSTALIMI - PAJISJA PËR PËRPUNIM ME ELEKTROEROZION Elemente themelore të instalimeve figura 3.25 janë: makina në kuptimin e ngushtë, gjeneratori i impulseve elektrik, sistemi i qarkullimit të dieleketrikut dhe sistemi i kontrollit dhe i drejtimit. Makinat e para për përpunim me elektroerozion kanë qenë të ndërtuara sipas mostrës të makinave konvencionale (makina shpuese, freza vertikal ) e ngjashme, ashtu që mbasi instrumentit prerës me transmetues është i zëvendësuar me mbajtësin e instrumentit prerës me rregullator, ndërsa në tavolinën punese është vendosur govata me dieleketrik. Në govatë vendosen detali që përpunohet, ndërsa govata është e lidhur me sistemin e qarkullimit të dielektrikut me elementet themelore të saj. Makina, sipas destinimitt, ndahet në makina për përpunim me elektrodë të plotë ose me elektrodë në formë teli. Vp U= V Dmax=5 10 A/cm 2 δ=5 400 μm f= khz Vp<2 mm/min gjeneratori makina agregati Figura 3.25 Elementet themelore të strukturës së makinës për përpunim me elektroerozion Dispencë për student...e pa recensuar Page 61

62 MAKINA PËR PËRPUNIM ME ELTKRODË TË PLOTË Mundëson punimin e konfiguracioneve të ndryshme me shfrytëzimin e elektrodës përkatëse me konfiguracion të ndërlikuar (figura 54) ose elektrodës me formë të thjeshtë me lëvizjen planetare të elektrodës (figura 55). Tek makinat për përpunim me elektro shkëndijë si burim i energjisë shfrytëzohet, zakonisht, gjeneratori RC ose RLC, derisa energjia e shkarkimit formohet përmes kondensatorit. Rregullatori automatik gjeneratori Boshti i makinës U= Gjeneratori impulsiv instrumenti dialektriku C rezistori instrument Detali që përpunohet dialektriku kondezatori Detali që përpunohet Ridrejtuesi nga seleni Me elektroshkëndijë Me elektroimpuls Figura 3.26 Paraqitja skematike e makinës për përpunim me elektroerozion me elektroda të plota Dispencë për student...e pa recensuar Page 62

63 Figura 3.27 Forma e instrumentit prerës dhe bazat e ndërtimit për përpunim me elektrodë të plotë, me lëvizje planetare të instrumentit prerës Te makinat për përpunim me elektroimpuls, shkarkimi impulsiv formohet nga burimi i energjisë (gjeneratorit impulsiv), ndërsa evitimi i shfaqjes së kontaktit të shkurtër gjegjësisht lidhjes së shkurtër arrihet me oscilimit periodike të instrumentit prerës dhe të detalit që përpunohet. Dispencë për student...e pa recensuar Page 63

64 4.0. PËRPUNIMIE ME ULTRATINGULL USM 4.1. BAZAT E PROCESIT Oscilimi i me ultratingull i instrumentit prerës mund të shfrytëzohet për heqjen e teprimit të materialit (përpunimi dimensional) ose përmirësimit të efektivitetit të metodave të përpunimit konvencionale dhe jo konvencionale (përpunimi me prerje dhe deformim, elektrokimik, elektroerozion, kimik dhe me metodat tjera të përpunimit etj.). Në kushtet e prodhimtarisë bashkëkohore metodat me përpunim me ultratingull (fig Electric Ultrasonic Machining-EUS) shfrytëzohen për punimin e prodhimeve të çfarëdo konfiguracioni, sidomos të prodhimeve të punuara nga metalet e forta she super të forta (materialeve izoluese, elementeve elektronike e ngjashëm), pastrimin, saldimin dhe ngjitjen etj. Dispencë për student...e pa recensuar Page 64

65 Parimi i shkatërrimit instrumenti detali sonotroda Detali që përpunohet instrumenti Figura 4.1 Skema parimore e përpunimit me ultratingull Përpunimi me ultratingull është proces i përpunimit tek i cili shfrytëzohen kokrrizat e materialit abraziv (abrazivit fig. 4.2), si instrument prerës. Energjia e nevojshme për procesin e përpunimit formohet përmes burimit të vibrimeve (3) dhe transmetohet në kokrrizat abrazive, e cila me goditjen e saj në detalin që përpunohet (4) i të vendosur në govatën (1) me suspensionin abraziv (3) sjellin deri të shkatërrimi i shtresave sipërfaqësore dhe formimi i konfiguracionit të detalit që përpunohet në pajtim me konfiguracionin profilin e instrumentit prerës (6). Intensiteti relativisht i lartë i procesit mundësohet me frekuencën e lartë të oscilimit prerës (18-25kHz) dhe me sasinë e lartë të materialit abrazive i cili gjendet në proces ( kokrriza/cm 2 ). Me depërtimin e kokrrizave abrazive, nën veprimin e vibrimeve të ultratingullrit, në materialin e detalit që përpunohet vie deri te shfaqja dhe zgjerimi i mikro-makro-çarjeve. çarjet reciprokisht prehen duke formuar shtresën e dobësuar mekanike. Me goditjet e mëtutjeshme të kokrrizave shtresa e dobësuar relativisht lehtë shkatërrohet, me shfaqjen e produkteve të përpunimit (thërrmijave të materialit të detalit që përpunohet të formave të ndryshme dhe madhësive të ndryshme-7). Dispencë për student...e pa recensuar Page 65

66 Figura 4.2. Skema parimore e përpunimit me ultratingull me mënyra të ndryshme t lëvizjes së suspensionit abraziv Lëvizje themelore në procesin e përpunimit janë: lëvizjet kryesore dhe lëvizjet ndihmëse. Lëvizja kryesore ekzekutohet nga instrumenti prerës, se bashku me burimin e vibracioneve, dhe paraqet lëvizje osciluese, lëvizje të lartë të frekuencës. Lëvizja ndihmëse, instrumentit prerës ose të detalit që përpunohet, me presion përkatës të instrumentit prerës ose detalit që përpunohet, mundëson formimin gradual të thellimeve dhe të formës kopjuese të pjesës punuese të instrumentit prerës ESENCA FIZIKA E PROCESIT Esenca e procesit të përpunimit me ultratingull është në heqjen e materialit me rrëshqitjen largimin e mikro thërrmijave nga sipërfaqja e detalit që përpunohet. Largimi pason me goditjet e kokrrizave abrazive, të shkaktuar me veprimin e oscilimeve me ultratingull të frekuencës 18 deri 25 khz ndërsa në kushtet e prodhimtarisë bashkëkohore deri 2000 MHz, gjatë amplitudës relativisht të vogël të oscilimeve të instrumentit prerës (0,01-0,06 mm) dhe forcën e presionit të instrumentit prerës përkatësisht të detalit që përpunohet 3,0-7,5 N. Vetë mekanizmi i heqjes së tepricës së materialit varet nga metoda Dispencë për student...e pa recensuar Page 66

67 e përpunimit me ultratingull, ndërsa bazën e mekanizimit e përbën goditja e kokrrizave abrazive në procesin e kavitacionit të fluidit në zonën e përpunimit. Te përpunimi me ultratingull me lëvizje të lirë të suspensionit (fig. 4.2) shkatërrimit i materialit të detalit që përpunohet, në esencë, pason si rezultat i kavitaciionit i shkaktuar nga përhapja e valëve të ultratingullrit në suspension. Lëvizja oscilatore përkatësisht veprimi i valëve të ultratingullrit sjell deri tek rritja periodike dhe zvogëlimi i presionit në suspensionin abraziv (ndrydhja dhe krijimi i vakuumit). Në momentin e zvogëlimit të presionit (krijimit të vakumit) vie deri tek ndërprerja lokale e rrjedhjes së suspensionit, çka e provokon shfaqjen e flukseve të mbushura me ajër dhe me avuj të fluidit, (fig.4.3). Figura 4.3 Mekanizmi i shkatërrimit të materialit Me ndrydhjen e flukseve vie deri tek likuidimi i tyre, me shfaqjen e presioneve të larta hidraulike dhe të shkatërrimit të fuqishëm eroziv të materialit të detalit që përpunohet. Procesit i kavitacionit (shfaqja dhe zhdukja e flukseve), me presion të lartë (mbi 1000 bar), përcillet edhe me shfaqjen e shkarkimeve elektrike, me që rast muret e flukseve janë negativisht të elektrizuara, ndërsa pikëzat e tretësirës, fluidit, brenda flluskës, në mënyrë pozitive të elektrizuar. Rritja e temperaturës së suspensionit sjell deri tek rritja e presionit të gazrave dhe avujve, brenda flluskës, rritjes së numrit se flluskave të elektrizuara. Tek përpunimi dimensional përkatësisht përpunime me lëvizjen e detyruar të suspensione bazën e mekanizmit të shkatërrimit të materialit e përbën e numrit tejet të madh të thërrmijave fluturuese të materialit abraziv dhe shprehje e lartë e fuqishme e kavitacionit të fluidit, i cili shkakton shkatërrimin eroziv të materialit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 67

68 Përpunimi me ultratingull i materialit me qëndrueshmëri më të lartë, në fazën fillestare, përcillet me procesin e deformimit plastik dhe me fuqizimin gjegjësisht forcimin të shtresave të shtresave sipërfaqësore. Gjatë goditjes të numrit të madh të kokrrizave të forta të materialit abraziv nuk vie, në fillim deri të shkatërrimi por deri të forcimi i materialit të shtresës sipërfaqësore. Mirëpo pas arritjes së fortësisë së caktuar të shtresës sipërfaqësore, pason procesi i përpunimit me ultratingull dhe formimi detalit që përpunohet. Shpejtësia e përpunimit me ultratingull është e kufizuar me shpejtësinë e forcimit të shtresës sipërfaqësore dhe me intentizitetin e zhvillimit të kavitacionit. Figura 4.4 Operacionet prodhuese të përpunimit me ultratingull dhe pamja e detaleve të përpunimit të formuar me metodën e përpunimit me ultratingull Dispencë për student...e pa recensuar Page 68

69 4.3. OPERACIONET PORDHUESE TË PËRPUNIMIT ME ULTRATINGULL Përpunimi me ultratingull shfrytëzohet gjatë realizmit të një mori operacioneve prodhuese, sikur që janë prerja, frezimi, tornimi, shpimi, ratifikimi, punimi i filetave, punimi dhe përpunimit i formave të konfiguracioneve të formave të ndërlikuara (gravimi i instrumenteve, i veglave për farkëtim dhe presim) etj. (fig. 4.4 dhe 4.5). Përveç realizmit të operacioneve prodhuese të cekura, metodat e ndryshme, ultratingulli shfrytëzohet edhe për rritjen e efektivitetit të metodave tjera të përpunimit (figura 4.6) dhe për ekzekutimin e një mori operacionesh prodhuese etj. (saldim, ngjitje, testime të materialeve, identifikimin dhe destofokopisë së parametrave të ndryshme të procesit etj.) PËRPUNIMI ME ULTRATINGULL Lloji i përpunimit Rritje e intensitetit të metodës së përpunimit Me abraziv jo të lidhur Me abraziv të lidhur Me suspenzion abraziv konvencionale elektrokimike elektroerozive Metodat tjera jokonvenciona Figura 4.5 Klasifikimi i metodave të përpunimit me ultratingull Rëndësi të veçantë kanë metodat e përpunimit me ultratingull gjatë përpunimit të materialeve të ndryshme të forta dhe të brishta, kur arrihen rezultate më të mira si në pikëpamje të kualitetit, po ashtu edhe në pikëpamje të prodhueshmërisë së përpunimit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 69

70 EUS EUS-ECM EUS-EDM Figura 4.6 Skema parimore e metodave të përpunimit me ultratingull dhe të kombinuara (përpunimi me ultratingull elektrokimik ) dhe ultratingull elektroeroziv 4.4. PARAMETRAT E PROCESIT TË PËRPUNIMIT ME ULTRATINGULL Në procesin e përpunimit, para se gjithash intentizitetin i shkatërrimit të materialit dhe treguesit tekno ekonomik të procesit ndikojnë shumë parametra, sikur që janë: parametrat e valës së ultratingullrit, karakteristikat themelore të suspenzionit, fuqia nominale ridrejtuesit, karakteristikat e materialit të detalit që përpunohen, etj. Të gjitha këto janë elemente të cilat drejt për drejt ndikojnë në treguesit themelor të procesit (shpejtësia e përpunimit ), prodhueshmëria, kualiteti i saktësisë së përpunimit. Gjatësia valore e oscilimeve të ultratingullit varet nga shpejtësia e përhapjes C (CM/s) dhe frekuencës së oscilimit f (Hz) dhe është: C Ku është shpejtësia e përhapjes së valës : / f [ cm] (33) C / p f [ cm/ s] (34) Në trupat e ngurtë, përkatësisht Dispencë për student...e pa recensuar Page 70

71 C 1/ p f [ cm/ s] (35) Në rrethinën e lëngët (suspenzioni abraziv ). Në shprehjet janë E (mega paskal) moduli i elasticitetit të materialit të detalit që përpunohet, RO (g/cm 3 ) dendësiteti i despozionit të abrazivit dhe в (cm 2 /N) koeficienti i kokërr imtësirave të materialit abraziv. A V a A 2π t B 2π t D 2π t T amplituda T Shpejtësia T nxitimi Figura 4.7 Karakteristikat themelore të suspenzionit abraziv 4.5 SUSPENZIONI ABRAZIV Përbëhet nga përzierja e lëngjeve përkatëse, zakonisht ujit dhe kokrrizave të materialit abraziv me përqendrim të caktuar. Përqendrimi varet nga fortësia e materialit të detalit që përpunohet dhe sillet, në përgjithësi vështruar, në kufijtë %, përkatësisht 20% gjatë përpunimit me ultratingull me suspenzionin abraziv nën presion. Lëngu mundëson futjen e pandërprerë të materialit abraziv në boshllëkun punues dhe largimin e produkteve të përpunimit, materialit abraziv të konsumuar dhe produkteve të konsumimit të instrumentit prerës, ftohjen e detalit që përpunohet dhe të instrumentit prerës, formimin e lidhjes akustike në instrumentit prerës, materialin abraziv, detali që përpunohet dhe shkatërrimi (së bashku me thërrmijat abrazive) të materialit të detalit që përpunohet. Kjo do të thotë se zgjedhja e fluidit gjegjësisht lëngut (tabela 4.1) duhet të jetë rezultat i analizës dhe i analizës së rolit dhe karakteristikave themelore, sikur që janë: dendësiteti, viskoziteti, përçueshmëria termike, aftësia në lagien e instrumentit prerës, detalit që përpunohet dhe të materialit abraziv e ngjashme. Tabela 4.1 Indeksi relativ i prodhueshmërisë Lloji i fluidit Indeksi relativ i prodhueshmërisë Uji 100 Dispencë për student...e pa recensuar Page 71

72 Benzoli, kerozina 70 Spiritusi 57 Vaji makinerie 30 Glicerina 3 Efektet më të mira, në pikëpamje të prodhueshmërisë dhe të karakteristikave themelore, i mundëson uji, sepse uji mundëson bartjen me të mirë të kokrrizave abrazive dhe largimin e produkteve të ndryshme nga zona e përpunimit. Evitimit i korrodimi i elementeve të sistemit teknologjik arrihet me shtimin e inhibitorëve korrodues (zakonisht 2% të nitratit të natriumit), në veçanti e këputjes masive të suspensionit abraziv në zonën e përpunimit MATERIALI ABRAZIV Si material abraziv shfrytëzohen materialet e ndryshme (tabela 4.2), karakteristikat themelore të të cilëve janë: fortësia e lartë dhe qëndrueshmëria gjatë brishtësisë relativisht të ultë, aftësia e lartë prerëse (forma jo e rregullt me tehe të mprehta në dimensione të ndryshme në drejtime të ndryshme) qëndrueshmëria në ngarkesat goditëse thyerje etj. Tabela 4.2 Karakteristikat themelore të materialit abraziv Indeksi Fortësia Mikro relativ i Indeksi Lloji i Dimensionet Densiteti sipas fortësia aftësisë relativ i materialit K z (μm) (g/cm 3 z) Mosit (MPa) së konsumimit prerjes diamant elber dhe borozon Karbiti i borit SiC Dispencë për student...e pa recensuar Page 72

73 Elektrokorundi Si material abraziv zakonisht shfrytëzohet karbiti i silicit dhe karbitit i borit. Karbiti i borit ka aftësia më të mira prerëse (intensiteti i largimit të materialit të tepërt në njësinë kohore). Mirëpo është për 10 herë me i shtrenjtë. Për këtë arsye shfrytëzohet për përpunim me ultratingull për materialet e forta, materialeve në radio teknik dhe në elektronikë e ngjashëm, përkatësisht sidomos të materialeve të forta dhe të qëndrueshme me shtalbësi të vogël. Për përpunim të materialeve të brishta (qelqit, kurcit, germaniumit, siliciumit) preferohet që të shfrytëzohet silicum karbiti. I njëjti është dukshëm më i lirë dhe me pak e ndot ambientin punues, mirëpo mundësinë punueshmëri më të ultë për 20-30% me të ultë INSTALIMI PAJISJA PUNUESE PËR PËRPUNIM ME ULTRATINGULL Instalimi për përpunim me ultratingull (fig. 4.8) përbëhet nga disa elemente themelore e ato janë: gjeneratori i vibrimeve të ultratingullit (1, i përbërë nga burimi i energjisë D përforcuesi i vibrimeve dhe oscilatori -3 dhe transformatori i vibrimeve -4), sistemit të lëvizjes ndihmëse (5) instrumentit prerës (6) sistemit të qarkullimit të suspensionit abraziv (7) dhe instalimeve themelore, makinës në kuptimin e ngushtë (8), e cila mundëson vendosjen gjegjësisht montimin e elementit të instalimit dhe pranimit e detalit që përpunohet (9), brenda govatës (10). Makinat bashkëkohore për përpunim me ultratingull ndahen në stacionare dhe të lëvizshme ose mobilie, ndërsa sipas distilimi në universale dhe të specializuara. Sipas fuqisë instaluese makinat mund të jenë: me fuqi të vogël (20-200W), të mesme ( W) dhe fuqisë së madhe (1,5 deri 4 kw). Sipas numrit të operacioneve prodhuese përkatësisht pozicioneve të përpunimit ose numrit të copave njëkohësisht i përpunon, makinat mund të jenë një apozicionale ose speciale, shumë pozicionale (fig. 80). Dispencë për student...e pa recensuar Page 73

74 Figura 4.8 Skema parimore dhe pamja e pajisjes për përpunim me ultratingull ascilatori Pajisja për lëvizjen ndihmëse sonotroda vrushkullori instrumenti Pompa Suspenzioni abraziv Rezervari me suspenzionin abraziv Figura 4.9 Paraqitja skematike e një më shumë e makinës dhe me shumë apozicionale Karakteristikat eksploatuese themelore të makinës për përpunim me ultratingull janë: sipërfaqja maksimale dhe thellësia e përpunimit, hapi maksimal i instrumentit prerës ose detali që përpunohet në drejtimin e lëvizjes kryesore dhe ndihmëse, dimensioni i tavolinës punuese, fusha e ndërrimit të ngarkesave forcave të presionit, karakteristikave të valës së ultratingullit dhe të fuqisë. Dispencë për student...e pa recensuar Page 74

75 Vet parimi i punës së makinës qëndron në formimin e sinjalit elektrik të frekuencës se ultratingullit, nga ana e burimit të energjisë (2). Me shndërrimin e tij në vibrime mekanike të ultratingullit me ndihmën e oscilatorit (3) dhe përforcimin e vibrimeve mekanike përmes sonotrodës (4). Vala e formuar e ultratingullit e tillë bartet në instrumentin prerës (6 fig. 79). Me çka janë, me futjen e suspensionit abraziv, të krijuara kushtet për krijimin e procesit të përpunimit BURIMI I ENERGJISË Paraqet gjeneratorin e ultratingullit me ndihmën e të cilit energjia elektrike (50 Hz, nga rrjeti), shndërrohet në energjinë elektrike me frekuencë, të ultratingullit. Karakteristikat themelore të gjeneratorit janë: fuqia instaluese (0,2-4 kw, në disa raste edhe deri 10 kw). Frekuenca dalëse (15-30 khz) ose frekuenca e ultratingullit dhe shkalla e shfrytëzimit të gjeneratorit (tabela 4.3). Tabela 4.3 Shkalla e shfrytëzimit të gjeneratorit Fuqia nominale (kw) N SHËNDËRRUESIT- OSCILATORI Për formimin e lëvizjes oscilatore të instrumentit prerës, me frekuencë të ultratingullit shfrytëzohen tipe të ndryshme të shndërruese (figura 4.10). Shndërruesit shndërrojnë impulsin elektrik, të formuar nga burimi i energjisë, në oscilime mekanike me amplitudë përkatëse dhe frekuencë të ultratingullit (18 25 khz e më Dispencë për student...e pa recensuar Page 75

76 shumë). Elementet themelore të tyre janë: bërthama me mbështjella (1, rryma elektrike, 2 dhe mbështjella për formimin e fushës magnetike, 3) dhe shtëpiza (4) me fluidin për ftohje (5) dhe sistemin e lidhjes (6) të sonotrodës (7) përmes saj të instrumentit prerës (8). Tek punimi i oscilatorit zakonisht shfrytëzohet efekti magnetiko striktiv ( efekti i Xhulit, aftësitë e legurave fero magnetike që të ndërrojnë formën dhe dimensionet, shkurtimi dhe zgjatimi, në ndikimin e fushës alternative të ndryshueshme magnetike ). Me këtë krijohen kushtet për formimin e valës së ultratingullit të oscilimeve mekanike me amplitudë relativisht të vogël (8 10 μm). Nga këto arsye zakonisht shfrytëzohet shndërruesi magnetiko striktiv i punuar nga materialet e ndryshme fero magnetike (tabela 4.4), bazën e të cilit e përbëjnë një mori komponentësh të legurave të hekurit, kopalit, maradiumit, aluminiumit, nikelit Të fuqisë deri 1,5[kW] Të fuqisë deri 2,5[kW] Të fuqisë deri 4[kW] Figura 4.10 Paraqitja skematike e pamjes së përforcuesit oscilatorit Dispencë për student...e pa recensuar Page 76

77 Tabela 4.4 Karaketristikat themelore të materialit fero magnetike nikeli Legur e hekurit Karakteristikat themelore Kobalti me Alumin me 49%Co, 2%V 65%Co 12%Al 14%Al Magnetizimi (μm) Shpejtësia e përhapjes së valës (m/s) Fuqia specifike (W/cm 2 ) Rezistenca specifike elektrike ( /cm) TRANSFORMATORËT E OSCILIMEVE SONOTRODAT Pasi që me shndërruesit vala e ultratingullit me amplitudë të pamjaftueshme, prandaj, për përfundim të suksesshëm, shfrytëzohen sonotrodat detyrë themelore e të cilave është transformimi i valës së formuar në valë me amplitudë të oscilimeve mikrometra (fig.82). Në rast të përgjithshëm sonotroda është shufër me diametër tërthor të ndryshueshëm. Mu ky ndryshim mundëson transformimin e amplitudës, kështu që karakteristika themelore e sonotrodës është shkalla-koeficienti i përforcimit të amplitudës (fig. 4.12) Dispencë për student...e pa recensuar Page 77

78 A: sonotroda instrumenti Përforcuesi λ/2 λ/2 λ/2 A: Format konike të sonotrodes Forma eksponenciale Forma shkallëzore Figura 4.11 Skena parimore dhe zgjedhja konstruktive e sonotrodës K d 1 d 1 d d 2 d 2 d N=d 1 /d 2 Figura 4.12 Koeficienti i përforcimit ta amplitudës së valës së ultratingullit Dispencë për student...e pa recensuar Page 78

79 Gjeneratori i frekuencave të larta Parimi i përforcimit Shëndrruesi elektromagnetik λ/2 piezoelektrik Transformatorët Transformatori λ/2 konik eksponencial hiperbolik Shkallëzor Figura 4.13 Komponentet e sistemit të formimit të valës së ultratingullit Gjatë zgjedhjes së materialit për punimin e sonotrodës duhet të kihen parasysh faktet se e njëjta punon në kushtet e regjimit të ndryshueshëm alternativ të ngarkesave, me frekuencë jashtëzakonisht të lartë të ndërrimit. Mu për këto arsye shfrytëzohet materiali me karakteristika mekanike relativisht të mira, në veçanti me qëndrueshmëri ndaj lodhjes (Q1530, Ç4131,Ç4730 e ngjashëm..., legurat e titanit etj.) INSTRUMENTI PRERËS Instrumenti prerës, zakonisht punohet se bashku me sontrodën dhe gjatësia e tij i përgjigjet gjysmës se valës (1.27). Pjesa punuese e instrumentit prerës (3) është ashtu e konstruktua që akset e bërthamës se shndërruesit (1) dhe transformatorit (2) kalojnë nëpër qendrën e rëndesës së konfiguracionit të instrumentit prerës (3). Në të kundërtën vie deri tek shfaqja e oscilimeve tërthore të instrumentit prerës dhe të zvogëlimi i theksueshëm i saktësisë së përpunimit. Sipas konstruksionit instrumentet prerëse mund të jenë të pandryshueshme dhe të ndryshueshme, me një apozicionale dhe shumë pozicionale (fig.4.15) dhe ngjashëm. Forma pjesës punuese të instrumentit prerës i përgjigjet formës së konfiguracionit të detalit që përpunohet, ndërsa definohet me karakteristikën themelore të procesit, në veçanti, dhe saktësinë e kërkuar dhe kualitetin e përpunimit. Kështu, p.sh. për zvogëlimin e konocitetit të vrimës, gjatë shpimit instrumenti prerës punohet me Dispencë për student...e pa recensuar Page 79

80 pjerrtësinë 1:10 dhe fazetën 1-2mm për përpunimin e njohshëm të ashpër dhe të pastër të vrimave instrumenti ka formën shkallëzore me ndryshim të diametrit 0,5-1mm, për prerje instrumenti punohet nga shumë pjesë, si për mundësimin e largimit sa me pak të sasisë së materialit (fig.4.15) etj. varësisht nga destinimi Forma dhe dimensionet e instrumentit prerës përvetësohen varësisht nga forma dhe dimensionet e detalit që përpunohen, shmangieve të lejuara të dimensioneve të detalit që përpunohet, madhësisë së kokrrizave të materialit abraziv, saktësisë se përpunimit etj. 1 2 Centrim i plotë oscilimet tërthore jo evidente Shmangieje nga qendra e shëndrruesit oscilimet tërthore evidente Shmangieje nga qendra e instrumentit oscilimet tërthore evidente Figura 85. Ndikimi i jo aksialitetit të bërthamës së shndërruesit, transformatorit dhe instrumentit në shfaqjen e oscilimeve tërthore d 1 1:10 d1-d2=0.5-1 prerja d shpimi 1-2 d Figura 4.15 Format e mundshme të instrumentit prerës për përpunim me ultratingull Dispencë për student...e pa recensuar Page 80

81 Për përpunimin e sipërfaqeve të jashtme dhe të brendshme cilindrike, p.sh, dimensionimi i instrumentit prerës (fig. 4.16) varet nga diametri i vrimës përkatësisht nga boshti i detalit që përpunohet (d), shmangies së lejuar të dimensioneve të detalit që përpunohet (T) dhe madhësisë së kokrrizave të detalit që përpunohet (K z ). Për punimin e instrumentit prerës shfrytëzohen materialet e ndryshme (metalet i fortë me shtalbësi të lart, mesingu, bronzi, llojet e ndryshme të çelikut Ç 1330, Ç 1530, Ç1730, çeliku karbonit instrumental etj.), karakteristikat themelore të të cilëve janë: qëndrueshmëria ndaj goditjeve dhe konsumimit, shtalbësin e ngjashëm. Me zgjedhjen e drejtë të materialit zvogëlohet intensiteti i konsumimit (tabela 4.5) dhe rritet saktësia e formës gjithashtu edhe e dimensioneve të detalit që përpunohet. 1 d 2 1 d 1 δ=k z d-t δ=k z d-t 2 2 d 1 =d-t+2k z d 1 =d+t-2k z Figura Dimensionet e instrumentit prerës gjatë përpunimit me ultratingull Tabela 4.5 Vlerat e parametrave të instrumentit prerës gjatë përpunimit me ultratingull Materiali i instrumentit Materiali i fortë Çeliku karbonik Materiali i detalit që përpunohet Qelqi Metali i fortë Konsumi Thellësia Konsumi Konsumi Thellësia Konsumi mi për e mi relativ mi për gjatësi përpunim (%) gjatësi (mm) it l (mm) (mm) e mi relativ përpunim (%) it l (mm) Dispencë për student...e pa recensuar Page 81

82 Çeliku jokkorrodue s Vërehet se qëndrueshmëria e instrumentit prerës varet nga intensiteti i konsumimit dhe i karakteristikave fizike-kimike të materialit të detalit që përpunohet dhe nga një mori të faktorëve tjerë. Si kriter i konsumimit të instrumentit prerës shfrytëzohet vlera përkatëse e parametrave të konsumimit, si për gjatësi po ashtu edhe për prerjen tërthore të instrumentit prerës (konsumimi gjatësor dhe tërthor). 4.7 KARAKTERISTIKAT THEMLORE TË PËRPUNIMIT ME ULTRAZTINGULL Procesi i përpunimit me ultratingull renditet në grupin e metodave destinimi i të cilave bëhet gjithnjë më i gjerë dhe më i rëndësishëm. Kjo me arsye se me aplikimin e makinave bashkëkohore dhe me zhvillimin e mëtutjeshëm të tyre mundësohet një mori përparësish, me mundësi gjithnjë e më të mëdha si për përpunim të materialeve të ndryshme, po ashtu edhe për intensifikimin e metodave konvencionale të përpunimit dhe jo konvencionale të përpunimit. Përparësitë themelore vështrohen në pikëpamje të mundësisë së përpunimit të materialeve të brishta dhe të jo metaleve (qelqit, kuarcit, rubinit, metalit të fortë e ngjashëm), ekzekutimit të një mori operacionesh prodhuese, në veçanti të punimit të vrimave me diametra 0,15-90mm gjatë thellësisë maksimale (prej 2-5) diametra dhe saktësisë së punimit (tek metalet e forta saktësia është deri 0,1mm), pastërtia e jashtëzakonshme dhe kualiteti i sipërfaqes së përpunuar (klasa e ashpërsisë deri N6), prodhueshmëri relativisht e lartë, në veçanti gjatë përpunimit të materialeve të brishta etj. Dispencë për student...e pa recensuar Page 82

83 Figura 4.18 Skema e pajisjes me ultratingull me tavolinën punuese Mirëpo, të metat themelore të përpunimit me ultratingull, sikur që janë sipërfaqja relativisht e vogël e përpunimit ( mm 2 ) dhe thellësia (deri 400mm), shpenzimi relativisht i madh i energjisë, intensiteti i lartë i konsumimit të instrumentit, ndërlikueshmëri e prodhimit të operacioneve prodhuese dhe instrumentit prerës (bazuar në ligjet themelore të aukostikës) e ngjashëm, kufizojnë përdorimin e metodave me ultratingull dhe tregojnë në drejtimet e përsosjes së mëtutjeshme e metodave me përpunim me ultratingull. Dispencë për student...e pa recensuar Page 83

84 5.0. PËRPUNIMI ANODO-MEKANIK HYRJE Në këtë punim janë shtjelluar metodat jokonvencionale të përpunimit: përpunimi anodomekanik ku shfrytëzohen proceset elektrokimike dhe elektroerozione përkatësisht proceset kimike dhe termike, derisa teprica e materialit largohet në mënyrë mekanike. Intensiteti dhe kushtet e procesit të përpunimit anodomekanik, si dhe lloji dominues themelor i largimit të tepricës së materialit (me anë të nxehtësisë ose kimik) varet nga parametrat e procesit: parametrat rrymës elektrike, forca e presionit të instrumentit katodës, shpejtësia e lëvizjes së instrumentit, madhësia, konfigurimi dhe karakteristikat e boshllëkut etj. Përpunimi anodoabraziv, paraqet metodën e përpunimit me prodhueshmëri të lartë me ç rast veprimi mekanik i instrumentit realizohet me aplikimin e instrumentit abraziv ose me lëvizjen e orientuar të suspenzionit të tretjes punuese dhe të materialit abraziv. Pastaj shtjellohen treguesit teknik ekonomik të procesit si Prodhueshmëria e përpunimit anodo mekanik e cila paraqet sasinë e materialit e cila mund të largohet nga boshllëku në procesin e përpunimit, e që varet nga shpenzimi specifik i energjisë elektrike, kualiteti i përpunimit. Po ashtu përshkruhen karakteristikat themelore të përpunimit anodomekanik. 5.1 PROCESET THEMELORE TË PËRPUNIMIT Te përpunimi anodomekanik (fig. 5.1) shfrytëzohen proceset elektrokimike (ECM) dhe elektroerozione (EDM) përkatësisht proceset kimike dhe termike, derisa teprica e materialit largohet në mënyrë mekanike. Në tretjen punuese (zakonisht ujin e qelqit) zhvillohen proceset nga njëra anë (të nxehtësisë) ose nga tjetra anë (kimike) varësisht nga regjimet e punës. Jonet të treture anodike të hekurit, nga detali që përpunohet, bien në tretjen punuese duke formuar, së bashku anionet silikate, kripërat e patretshme, shtresën okside ose kompozimet kimike tjera në sipërfaqen e detalit që përpunohet. Largimi Dispencë për student...e pa recensuar Page 84

85 gjegjësisht eliminimi i shtresave të kompozimeve të formuara të tilla (shtresës anodike, ose filmit) realizohet me procesin elektroeroziv dhe veprimit mekanike të instrumentit (katodës). Figura 5.1 Paraqitja skematike e procesit të përpunimit anado-mekanik Nën veprimin e rrymës së vazhduar elektrike të formuar me burimin e energjisë elektrike (figura 5.2) përbrenda boshllëkut (kanalit të shkarkimit elektrik), në mes të instrumentit prerës (katodës 3) dhe detalit që përpunohet (4) vie deri të tretja anodike e materialit. Tretja anodike gjatë përpunimit të veprimit anodomekanik, shkakton formimin e mbështjellësit mbrojtës, i cili irriton tretjen e mëtutjeshme anodike të materialit. Me veprimin mekanik të instrumentit prerës realizohet largimi i vazhdueshëm i filmit anodik, me çka sigurohet proces i pandërprerë i rritjes së intensitetit të largimit të tillë. Në momentin e largimit të filmit anodik vie deri tek shfaqja dhe vendosja e harkut elektrik dhe shkatërrimit eroziv të materialit me intensitet më të madh ose më të vogël varësisht nga parametrat e regjimit punues. Dispencë për student...e pa recensuar Page 85

86 Figura 5.2 Përpunimi anodomekanik me elementet themelore të procesit 5.2 ELEMENTET THEMELORE TË PROCESIT TË PËRPUNIMIT Intensiteti dhe kushtet e procesit të përpunimit anodomekanik, si dhe lloji dominues themelor i largimit të tepricës së materialit (me anë të nxehtësisë ose kimik) varet nga parametrat e procesit: -parametrat e rrymës qarku elektrik (densiteti elektrik, tensioni dhe fuqia e rrymës elektrike fig. 5.3 dhe 5.4), (tabela 5.1 ), - forca e presionit të instrumentit katodës (figura 5.4 dhe tabela 5.1), - shpejtësia e lëvizjes së instrumentit, - madhësia, konfigurimi dhe karakteristikat e boshllëkut etj PARAMETRAT E QARKUT ELEKTRIK Tensioni punues i qarkut elektrik (14 28V) ka ndikim të rëndësishëm në procesin e tretjes anodike të materialit të detalit që punohet, intensitetin dhe zhvillimin proceseve kimike ose të nxehtësisë dhe të parametrat themelor tekno ekonomik të procesit. Rritja e vlerës së tensionit punues (mbi V) mund të sjellë deri të rritja intensive e procesit të tretjes anodike dhe mbyllja e boshllëkut përkatësisht të mbylljes së elektrodave. Dispencë për student...e pa recensuar Page 86

87 Përpunimi anodomekanik mund të bëhet gjatë impulseve karakteristike të rrymës së qarkut elektrik me impulse konstante ose të ndryshueshme. Aplikimi i impulseve të regjimit të punës me impulse të ndryshueshme të fuqisë së rrymës elektrike mundëson zvogëlimin e ashpërsisë dhe thellësinë së shtresës defekte (përpunimi i shpejtësisë së sipërfaqes së përpunuar), mirëpo prodhueshmëria është më e vogël në krahasim me kohëzgjatjen e operacioneve prodhuese dhe atë dy herë më të gjatë (tabela 5.2). Tabela 5.1 Elementet e regjimit të përpunimit gjatë përpunimit anodomekanik Lloji i përpunimit Tensioni Densiteti Presioni i Shpejtësia e Prodhueshmëria i rrymës U[V] i rrymës D [a/cm 2 ] instrumentit prerës p[bar] përpunimit V[m/s] e përpunimit Vs[mm 3 /min] Sharrimi i mesingut: -me disk ,5-2,0 0,5-1, me shirit Sharimi i metalit të fortë me disk ,5-1, Zdrukthimi ,5-2, Retifikimi -i ashpër -i pastër ,5-1, Mprehja e instrumenteve ,2-1, Honingimi ,1-10 0,25-5,0 0,5-1,1 0,6-20 Stabiliteti i procesit të përpunimit anodomekanik, zakonisht, sigurohet me shfrytëzimin paralel të dy burimeve shfrytëzuese të rrymës elektrike (kryesisht të pavarura). Me njërin burim të rrymës elektrike të vazhduar realizohet procesi i burimit elektrokimik (tretja anodike) ndërsa me tjetrin burim, të karakterit impulsiv (burimi i rrymës elektrike alternative), zbrazja dhe vendosja e harkut elektrik (shkatërrimi eroziv). Dispencë për student...e pa recensuar Page 87

88 Tabela 5.2 Kohëzgjatja e operacioneve prodhuese gjatë përpunimit anodomekanik varësisht nga lloji i qarkut elektrik Materiali i Dimensionet Rryma e vazhduar Rryma alternative detalit që [mm] U[V] I[A] t[min] U[V] I[A] t[min] përpunohet Çeliku karbonik Çeliku i 85 x leguruar SHPEJTËSIA E LËVIZJES SË INSTRUMENTIT Shpejtësia e lëvizjes së instrumentit (5 12 m/s), zakonisht edhe deri 30m/s duhet të ketë vlerën përkatëse, që të mundëson largimin ose heqjen e materialit të tretur dhe formimin e komponimeve kimike karakteristike. Vlera e saj varet nga tensioni (U) dhe fuqia e rrymës elektrike (I): V U I AE C A U I mm / min, U E CO Si dhe madhësia e sipërfaqes e cila përpunohet (A) dhe shpenzimit specifik të energjisë elektrike (E C figura 5.4): E C ( U 17) 2 E CO 3 W min/ mm, 1. 4 Përkatësisht shpenzimit specifik optimal të energjisë elektrike (E o ). Dispencë për student...e pa recensuar Page 88

89 PRESIONI I INSTRUMENTIT PRERËS Madhësia e presionit punues të instrumentit prerës (zakonisht 0,5 1,0MPa) përcakton madhësinë e boshllëkut punues e me këtë edhe madhësinë e rezistencës elektrike, përkatësisht së bashku me madhësinë e boshllëkut dhe sasinë e materialit e cila hiqet në procesin e përpunimit (prodhueshmërisë M figura 5.5) dhe karakteristikave tension intensitet të qarkut elektrik (figura 5.5). Figura 5.5 Ndikimi i instrumentit prerës dhe i tensionit në prodhueshmërinë përkatësisht në prodhueshmërinë e rrymës elektrike Vlerat e vogla të presionit të instrumentit prerës kushtëzojnë rezistencën tejet të madhe elektrike, deri sa vlerat tjera të mëdha mund të shkaktojnë largimet mekanike të materialit jo të tretur, e me këtë edhe tej nxehjen e metalit që përpunohet dhe instrumentit prerës BOSHLLËKU PUNUES NË MES TË INSTRUMENTIT PRERËS DHE DETALIT QË PËRPUNOHET Boshllëku punues (figura 5.6) varet nga madhësia e kokrrizave të materialit të tretur, karakteristikat e instrumentit prerës (të hedhjeve radiale dhe vibrimeve), tensionit dhe fuqisë së rrymës elektrike dhe është: Dispencë për student...e pa recensuar Page 89

90 6.2( U 12) mm 1. 5 Elementet themelore karakteristike për boshllëkun punues janë edhe parametrat që ndikojnë në llojin e procesit i cili zhvillohet. Kështu që gjatë vlerave konstante të fuqisë së rrymës elektrike (tek rryma e vazhduar) vlera e boshllëkut ballor është: K a P 0.33 e mm 1. 6 Është proporcional drejtpërdrejt me energjinë e shkarkimit elektrik PNKW me koeficientin e proporcionalitetit K a. Boshllëqet anësore në mes të detalit që përpunohet dhe instrumentit prerës janë dukshëm më të mëdha, kështu që nuk vije deri të zbrazja në mes të mureve konturale të detalit që përpunohet dhe instrumentit prerës. Kjo do të thotë se në anët e detalit zhvillohet para se gjithash proceset kimike, deri sa largimi i tepricës së materialit përpara sipërfaqes ballore të instrumentit është rezultat i proceseve kimike dhe të nxehtësisë, si dhe i largimit mekanik të materialit përkatësisht të përpunimit gjatë proceseve anodomekanik. Figura 5.6 Boshllëku gjatë përpunimit anodomekanik Dispencë për student...e pa recensuar Page 90

91 5.3. OPERACIONET PRODHUESE TË PËRPUNIMIT ANODOMEKANIK Përpunimi anodomekanik, në parim mundet që të zëvendëson të gjitha llojet e përpunimit me prerje të metaleve, mirëpo zakonisht aplikohet gjatë përpunimi të materialeve me fortësi më të madhe dhe me shkallë të përpunueshmërisë më të vogël. Zakonisht shfrytëzohet për operacionet prodhuese të prerjes, sharritjes, dhe të përpunimeve finale (figura 5.7), sikur që janë : sharritja me anë të diskut ose me anë të shiritit, zdrukthimi, ratifikimi i ashpër, mprehja e instrumenteve, ratifikimi i pastër, honingimi, lapimi, polirimi etj. Figura 5.7 Disa operacione prodhuese të përpunimit anodomekanik Klasifikimi i operacione prodhuese të përpunimit anodomekanik mund të bëhet në mënyra të ndryshme. Sipas llojit dhe formës së instrumentit prerës i cili shfrytëzohet dallohen operacione prodhuese: - përpunimi anodomekanik me instrument nga metali (të punuar nga çeliku ose nga giza e hirët), kur përpunimi (figura 5.8), bëhet zakonisht tensioni punues Dispencë për student...e pa recensuar Page 91

92 prej V, me aplikimin e qelqit ujor si tretje punuese dhe prodhueshmërinë 2-10 mm 3 /min, - përpunimi anodomekanik me instrumentit ratifikues (përpunimi anodoabraziv). Si instrument shfrytëzohet guri ratifikues i punuar nga materiali lidhës abraziv i ndryshëm. Përpunimi bëhet gjatë vlerave mjaft të vogla të boshllëkut punues (0,01-0,03mm),densiteteve elektrike tejet të mëdha të rrymës dhe intensitetit të lartë të zhvillimit të proceseve termike dhe kimike. Operacionet prodhuese të përpunimit anodoabraziv sigurojnë prodhueshmëri të lartë ( mm 3 /min), madje edhe më të larta tabela 5.3 dhe kualitet të lartë të përpunimit. - Përpunimi anodomekanik me lëvizjen e lirë të kokrrizave të materialit abraziv (përpunimi elektroeroziv mekanik). Realizohet gjatë dendësimeve elektrike të vogla të rrymës dhe siguron kualitet të lartë të sipërfaqeve të përpunuara. Operacionet prodhuese të këtij tipi janë të njohura edhe si operacione prodhuese të polirimit anodomekanik. - Sipas mënyrës së tretjes anodike dhe veprimit reciprok mekanik, përpunimi anodomekanik: përpunimin elektro të përçueshëm dhe përpunimin me elektroneutral. Dispencë për student...e pa recensuar Page 92

93 Figura 5.8. Përpunimi anodomekanik me instrumentin nga metali PËRPUNIMI ANODO-ABRAZIV Paraqet metodën e përpunimit me prodhueshmëri të lartë me ç rast veprimi mekanik i instrumentit realizohet me aplikimin e instrumentit abraziv figura 5.9. ose me lëvizjen e orientuar të suspenzionit të tretjes punuese dhe të materialit abraziv. Tabela 5.3 Karakteristikat themelore të procesit të përpunimit anodoabraziv Treguesit e procesit Lloji i Instrumenti Prodhueshmëria Shpejtsia e Konsumimi përpunimit abraziv e përpunimit përpunimit relativ anodo-abraziv V p [mm 3 /min] V [μm/min] [%] Retifikimi Guri ratifikues Dispencë për student...e pa recensuar Page 93

94 elektro-dimant Përpunimi elektro-abraziv Elektro- Honingimi superfinishi Polirimi anodoabraziv nga pluhuri i diamantit me lidhës metalik Guri abraziv 120 grafit,guri 4000 abraziv metalik Guri abraziv 20 Abrazivi 10 elektropërçues Suspenzioni 10 abraziv Materiali abraziv jo i 20 lidhur Figura 5.9 Skema parimore e përpunimit anodoabraziv Dispencë për student...e pa recensuar Page 94

95 Mundet, pra të ekzekutohet me instrumentin monolit (gurin ratifikues ose gurin nga diamanti figura 5.10) ose suspenzionin abraziv, kur shfrytëzohet instrumenti elektro neutral. Tek aplikimi i gurit nga diamanti (figura 5.10a) bëhet ratifikimi i rrafshët ose rrethor. Instrumenti dhe detali që përpunohet janë të lidhura me burimin e rrymës së vazhduar. Në boshllëkun punues sillet tretësira punuese dhe materiali abraziv i formuar nga kokrrizat e imta të diamantit. Me këtë rast përdoret ose aplikohet instrumenti me mbështjelljen nga diamanti ose instrumentin nga metali me material abraziv nga diamanti. Figura Skema e përpunimit anodoabraziv me diamant dhe polirimi anodoabraziv Dispencë për student...e pa recensuar Page 95

96 5.4. TREGUESET TEKNIK-EKONOMIK TË PROCESIT PRODHUESHMËRIA E PËRPUNIMIT Prodhueshmëria e përpunimit anodomekanik është e përcaktuar me relacionin: M U I E U I ( U 17) 2 c E co 1.7 Paraqet sasinë e materialit e cila mund të largohet nga boshllëku në procesin e përpunimit, e cila varet nga shpenzimi specifik i energjisë elektrike (E c ) KUALITETI I PËRPUNIMIT Parametrat themelor të kualitetit të sipërfaqes së përpunuar (ashpërsia figura 5.11 dhe thellësia e shtresës defekte figura 5.12 ) varet nga parametrat e procesit të përpunimit anodomekanik. Parametrat e ashpërsisë (lartësia e jo rrafshinave mesatare dhe maksimale ) janë drejtpërdrejt proporcional me tensionin dhe fuqinë e rrymës elektrike me koeficientin e proporcionalitetit K z : FLUIDI PUNUES OSE TRETËSIRA PUNUESE Për operacionet prodhuese të përpunimit anodomekanik, si fluid ose tretësirë punuese, zakonisht, shfrytëzohet qelqi ujor (tretësira ujore e silikatit të natriumit nna 2 SiO 3 + mh 2 O) ose përzierja e natrium nitritit Na 2 dhe nitratit të natriumit (shalitra NaNO 3 ) me përqendrim përkatës në ujë. Karakteristikat themelore të tretësirës punuese me ndikim në ndikim me procesin dhe treguesit e procesit janë: lloji, përbërja kimike dhe përqendrim, vlera PH, përçueshmëria elektrike, shkalla e pastërtisë, rrjedhshmëria, presioni dhe karakteristikat tjera të tretësirë punuese. Dispencë për student...e pa recensuar Page 96

97 Figura 5.11 Ndikimi i tensionit të rrymës elektrike në lartësinë mesatare të jo rrafshinave Përvec qelqit ujor (me përqendrim kg/m 3 ) mund të përdoren edhe tretësira tjera, si p.sh: tretja ujore e kripërave të ndryshme, ujit teknik etj. Përdorimi i ujit teknik siguron furnizim më të thjeshtë të instalimit, mirëpo nuk krijon kushte për arritjen e saktësisë përkatëse të kualitetit të përpunimit. Karakteristikat ekspanduese të fluidit punues dhe mbrojtja e punëtorit gjatë procesit të përpunimit munden të përmirësohen me shtimin e aditiveve. Kështu që, me formimin në pajisjet e veçanta, në tretësirat ujore me 20% të qelqit ujor, me 6% të vajit të transformatorëve dhe me shtimin e acidit stearin dhe të aditivat tjerë, krijohen fluidet punuese me karakteristikat dukshëm më të mira eksplatuese. Dispencë për student...e pa recensuar Page 97

98 Figura 5.12 Ndikimi i lëvizjes së instrumentit dhe fuqisë së rrymës elektrike në thellësinë e shtresës defekte Instalimi pajisja për përpunimin mekanik, për operacionet për prodhuese të përpunimit anodomekanik shfrytëzohen pajisjet dhe makinat (figura ), të cilat sipas konstruksionit janë mjaft të ngjashme me makinat klasike për përpunim me ratifikim, honingim, etj. Elementet themelore të instalimeve janë: burimi i rrymës elektrike, sistemi i qarkullimit, filtrimit dhe i renegjerimit të fluidit punues, sistemi i kontrollit dhe i drejtimit të parametrave, struktura mbajtëse dhe sistemi i sigurimit të lëvizjeve të domosdoshme të instrumentit dhe të detalit që përpunohet. Roli dhe rëndësia e elementeve të strukturës së instalimit është shumë i ngjashëm me rolin e elementeve të instalimit për përpunimin elektrokimik. Dispencë për student...e pa recensuar Page 98

99 Figura 5.13 Paraqitja skematike e pajisjes për ratifikimin anodomekanik Figura 5.14 Skema e instalimit për mprehje anodomekanike të instrumentit prerës Dispencë për student...e pa recensuar Page 99

100 Figura5.16 Skema e instalimit për honingimin, polirimin anodomekanik KARAKTERRISTIKAT THEMELORE TË PËRPUNIMIT ANODOMEKANIK Sipas njohurive të gjerë tanishme, karakteristikat themelore të përpunimit anodomekanik do të ishin: - prodhueshmëria shumë e lartë në operacionet prodhuese në të cilat kërkohet kualitet i lartë i përpunimit (edhe deri 7000mm 3 /min), - mundësia e arritjes së kualitetit të lartë të sipërfaqes së përpunuar (lartësia mesatare e jo rrafshinave deri 1 mikrometër ), gjatë prodhueshmërisë së ultë të përpunimit (1 2 mm 3 /min) - konsumim shumë i vogël i instrumentit prerës e cila kushtëzon edhe shpenzim të ultë të eksploatimit të instrumentit, - mundësi e përpunimit të regjimit të përpunimit në kufijtë të gjerë, pa nevojën e procesit të përpunimit, - presion i vogël i instrumentit specifik në detalin që përpunohet, e me këtë edhe deformimet vogla dhe thellësitë e vogla të shtresës defekte mundësi e Dispencë për student...e pa recensuar Page 100

101 përpunimit të materialit të gjitha llojeve pa marrë parasysh në karakteristikat mekanike (forcën, fuqinë në këputje e ngjashme), - shkallë relativisht e lartë e shfrytëzimit, - ekonomicitet mjaft i lartë i përpunimit sepse, p.sh, koha zgjatja e procesit të ratifikimit është më e shkurtë se 20% në krahasim me ratifikimin klasik, deri sa shpenzimi i materialit i zvogëluar deri 90 % gjatë lartësisë relativisht të vogël të jo rrafshinave (kualitet i lartë i përpunimit deri 1 mikrometër etj.) Figura 5.17 Paraqitja skematike e operacioneve prodhuese të përpunimit anodomekanik. Të gjitha këto karakteristika, të cilat së bashku me zhvillimin e mëtutjeshëm dhe përsosjen e metodave të përpunimit anodomekanik, duhet të sigurojnë aplikimin e gjerë dhe shfrytëzimin në industrinë të kësaj metode të përpunimit, Dispencë për student...e pa recensuar Page 101

102 6.0 PËRPUNIMI ELEKTRO - HIDRAULIK 6.1 Bazat e procesit të përpunimit Efekti elektrohidraulik është veprim i ri i shndërrimit të energjisë elektrike në atë mekanike, pa i vënë në përdorim elementet apo mjete mekanike. Veprimi siguron shkallë të lartë të shfrytëzimit të energjisë elektrike, kurse esenca e veprimit (figura 6.1) është në formësimin e shtypjes së lartë të lëngut. Shtypja është rezultat i zbrazjes elektrike (në formë të shkëlqimit të xixës apo poçit) si efekt i elektrodave në lëngje. Dispencë për student...e pa recensuar Page 102

103 Fig.6.1 Skica parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik: 1) burimi i energjisë, 2) kondensatori, 3) ndërprerësi, 4) elektrodat, 5) lëngu (uji), 6) forma. Fig.6.2 Skica parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik: 1) forma, 2) elektroda, 3) mbushësi, 4) ndërprerësi, 5) bateritë, 6) detali punues, 7) uji, 8) shtrënguesi i detalit. Impulsi hidraulik i formuar në këtë mënyrë siguron punë mekanike që mjafton për të kryer disa operacione, siç është; profilimi i llamarinës, shpimi, formësimi, shtresimi, prerja, ngjitja, pastrimi i shtresave sipërfaqësore, eliminimi i të metave të brendshme etj. 6.2 Operacionet prodhuese të eliminimit të materialit të tepërt Me drejtimin e impulsit hidraulik në sipërfaqen e mjetit që duam ta përpunojmë, varësisht nga karakteristikat, kushtet dhe parametrat e skicës elektrike, forcës, shtypjes, dhe kohës, Dispencë për student...e pa recensuar Page 103

104 është e mundur të eliminohet teprica e materialit dhe operacionet precize siç janë shpimi, prerja, formësimi, shtresimi etj. Shpuarja elektro hidraulike (figura 6.3) më së shpeshti përdoret te jometalet. Zbrazja impulsive e tensionit të lartë lajmërohet te lëngjet me elektroda. Nën veprimin e impulsit hidraulik, vjen deri te shkatërrimi i materialit të përpunuar dhe vrimës së profiluar. Fig.6.3. Skica principiele e shpimit elektro hidraulike të vrimave te jometalet: 1) detali punues, 2) rezervuari me ujë, 3) elektroda, 4) kondensatori, 5) ndërprerësi, 6) burimi i energjisë. Prerja elektro hidraulike e materialit (figura 6.4) kryhet me ndihmën e shtypjes së valës hidraulike e cila gjendet afër pllakës për zbrazje xixëllore të vendosura në izolatorë. Tensioni i lartë i domosdoshëm për zbrazje xixëllore vjen nga burimi i furnizimit nëpërmes elektrodave. Për realizimin e procedurës së prerjes në objektin përgjegjës objekti i dedikuar për përpunim lëvizë në dy drejtime vertikale ose automatikisht sipas konturës së projektuar. Dispencë për student...e pa recensuar Page 104

105 Fig.6.4. Prerja elektro hidraulike skica principiele e veprimit: 1) rezervuari me ujë, 2) burimi i energjisë, 3) elektrodat, 4) detali punues. Afër operacioneve të paraqitura, hasim edhe veprime elektro hidraulike për pastrim, shtresim, fortësi, bluarje, etj. 6.3 Profilimi elektrohidraulik i llamarinës Paraqet një ndër veprimet bashkëkohore më të rëndësishme të profilimit të llamarinës dhe formimit të konfiguracioneve të llojëllojshme, posaçërisht të elementeve të konturave të komplikuara dhe gabariteve të ndryshme. Posaçërisht është veprim efikas në prodhimet e serive të vogla, sepse shfrytëzohet pajisja relativisht e thjeshtë, siguron kualitet të lartë dhe precizitet në profilimin e elementeve të përpunuara nga materialet që përpunohen me vështirësi. Fig.6.6 Skema e profilimit nën tension të lartë në mesë të elektrodave: 1) burimii energjisë, 2) kondensatori, 3) ndërprerësi, 4) elektrodat, 5) uji, Dispencë për student...e pa recensuar Page 105

106 6) forma. Fig.6.5. Skema parimore e veprimit të përpunimit elektrohidraulik: 1) forma e epërme, 2) burimi i energjisë, 3) ndërprerësi, 4) kondensatorët, 5) detali punues, 6) uji. Zbrazja e tensionit të lartë, e shkatuar brenda lëngjeve në mes të elektrodave (figura 6.6) dhe elektrodave të ngjitura me tel (figura 6.7) sjell deri te shtypja e lartë e lëngjeve (disa mijëra MPA) që mjafton të formohet një valë goditje me fortësi të madhe. Fig.6.7 Skema e profilimit te llamarinës gjatë zbrazjes së tensionit të lartë në mes të elektrodave të ngjitura me përçues: 1) detali punues, 2) elektrodat, 3) uji, 4) teli i hollë, 5) matrica-forma. Me veprimin e valës goditëse në objektin e dedikuar krijohen rrethanat për profilimin dhe formimin e konfiguracionit të dëshiruar varësisht nga forma e matrices. Mekanizmi, stabiliteti i tij dhe efikasiteti varen nga karakteristikat e lëngjeve, forma, dimensioni dhe renditja e elektrodave. Stabiliteti i zbrazjeve një nga një, realizohet me montimin e përçuesit të hollë që bashkëngjit elektrodat (figura 6.7). Efikasiteti i shfrytëzimit të Dispencë për student...e pa recensuar Page 106

107 energjisë varet nga pozita e ndërsjellë e elektrodave, forma dhe pozita e sipërfaqeve për zbrazje (të hapur apo të mbyllur) për formësimin e llamarinës apo gypave (figura 6.8) dhe kopjeve për formësim Te sipërfaqet e hapura lajmërohet humbja e energjisë, gjersa te sipërfaqet e mbyllura kemi sipërfaqe të kufizuar pune dhe vala goditëse është e kufizuar. Fig Pamja skematike e sipërfaqeve për zbrazje. Me aplikikimin e telit mundësohet zvogëlimi i shtypjes së punës dhe rritja e besueshmërisë dhe zgjatja e afatit të qëndrueshmërisë së instalimeve. Ndikim të posaçëm në procesin e profilizimit të llamarinës ka shpërndarja e shtypjes. Vlera maksimale e shtypjes paraqitet në pjesën e mesme të përpunimit, çka bie deri te deformimet dhe lajmërimi i mbeturinës. Ndalimi i këtyre dukurive vihet re me përdorimin e koncentratorit zbrazjes të formës dimensionit dhe karakteristikës përgjegjëse (figura 6.9) më së shpeshti te koncentratoret konik rrethor dhe të kombinuar. Koncentratoret konik ruajnë pjesën e mesme të objektit të përpunuar dhe drejtojnë valët goditëse në drejtim të skajit te objektit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 107

108 Koncentratoret rrethor zvogëlojnë dimensionet e pjesës dalëse të sipërfaqes dhe rrisin shkallën e deformimit të pjesës së mesme të përpunimit, mirëpo me depërtimin e lëngjeve në mesin e objektit të përpunuar dhe koncentratorit vjen deri te ndarja e shtypjes dhe te shpërndarja e shtypjes në pjesët periferike Fig.6.9 Skema e pamjes së koncentratorit të zbrazjes. Koncentratori i kombinuar siguron drejtimin e valës në pjesën unazore Dk-dk. Shpërndarja dhe madhësia e shtypjes varen nga marrëdhëniet e ndërsjella të dimensioneve relevante D k, Dm dhe d k. Sipërfaqja për zbrazje formohet në atë mënyrë që mundëson drejtimin e valës goditëse deri te pjesa dalëse e sipërfaqes. Me këtë realizohen rrethanat për deformime dhe shfrytëzimi maksimal i energjisë të valëve goditëse. Dispencë për student...e pa recensuar Page 108

109 7.0 PERPUNIMI ME LASER 7.1. HYRJE Karakteristikat specifike të rrezatimit laserik kanë mundësuar përdorime gjerë të laserit ne industri, informatikë, medicinë, industri ushtarake dhe shkencë. Edhe pse laserët e parë janë ndërtuar të gjashtëdhjetave-tek viteve të tetëdhjeta kanë fituar rëndësi me të madhe dhe u bënë baza për procese dhe teknologji prodhuese plotësisht të reja. Teknologjia laserike ka gjetur përdorim në shumicën e degëve industriale për përpunimin e materialeve dhe për Metrologji matje). Rastet e përmendura të përdorimit të teknologjisë laserike janë vetëm fillimi i shfrytëzimit të mundësive potenciale të laserit, sepse janë përvetsue edhe shumë përparime që presin të aplikohen në praktikë. Teknika laserike në industrinë metalpunuese momentalisht me se shumti përdoret për prerjen e llamarinave, për shpim, përpunim termik dhe saldim. Përparësi kanë laserët CO 2 dhe Nd -YAG, sepse janë treguar me efektiv dhe me produktivitet të lartë në prodhimtarinë bashkohore. Laseri është një pajisje që lëshon dritë nëpërmjet një procesi të përforcimit optik të bazuar në emetimin e stimuluar të rrezatimit elektromagnetik. Termi "laser" ka lind si akronim për ("light amplification by stimulated emission of radiation përforcimi i dritës me emetim të stimuluar të rrezatimit), gjegj., është përforcues rrezatimi me kalimin stimulativ të atomeve ose molekulave nga niveli i lartë energjetik në nivel me të ultë energjetikë. Dispencë për student...e pa recensuar Page 109

110 Përpunimi më laser - Laser Beam Machining (LBM), bazohet në aplikimin e energjisë së dritës së përforcuar, e fituar me rrezatim stimulativ, për përpunimin e materialeve me shkrirje ose avullim. Tufa e rrezeve laserike, e fokusuar në diametër punues [mm], u bë vegla universale e cila praktikisht mundet me pre çdo material. Për dallim nga veglat konvencionale laseri është pa formë prandaj nuk ka nevojë që të porositet special për prodhim dhe nuk kërkon shpenzime për deponim, mbrehje, dhe centrim (bazhdarim). Zbulimit të emetimit të stimuluar i paraprijnë hulumtimet e A.Einstein- në vitin 1917 dhe I.R.Ladenbergu me H.Kopferman ne vitin Në vitin 1951, Z.A.Fabricante e shfrytëzoi këtë për përforcimin e valëve elektromagnetike. Në vitin 1958, shkencëtarët A.L.Schalow dhe C.H.Townes e dhanë edhe parimin e masës për laser, bazat teorike të cilit i vendosën N.G.Basow dhe A.M.Prochorow. Në vitin 1961 T.H.Maimin konstruktoi laserin e parë në baze të rubinit me blitllampom si pompë optike. Laseri i parë me gaz He-Ne u ndërtua me 1962, ndërsa laseri i parë me baze organike në vitin 1966 (Sorokin, Lankard). Sot ekzistojnë shumë lloje të laserëve,megjithatë, nga pikë vështrimi shkencor si edhe ai industrial, laseri CO 2 është padyshim laseri më i rëndësishëm. Kalimet e shumë numerta mes niveleve rotacion-vibruese të molekulave të CO 2, mundësojnë rrezatimin në spektrin infra të kuq me gjatësi valore prej 8.7 m deri 11.8 m, ashtu që emetimi me i fuqishëm është në zonën 10.6 m. Laserët CO 2 mund të jen fuqive të ndryshme, në interval prej disa [mw], për nevoja shkencore dhe prej disa dhjetëra [kw], për përpunimin e materialeve. Laseri i parë CO 2 është konstruktuar në vitin 1964, dhe ka pasur fuqinë prej disa [mw], mirëpo mjaft shpejt u zhvillua në laser kontinual me të fuqishëm. Në fillim laseri CO 2 ka Dispencë për student...e pa recensuar Page 110

111 punuar me dyoksid karbonik të pastër që me vonë kalon në përdorim të përzierjes së azotit dhe heliumit me që rast është rritur fuqia për shumëfish. 7.2 BAZAT TEORIKE Laseri është përforcues i rrezatimit koherent elektromagnetik në brezin optik (1[mm]< <2[mm]). Rrezatimi i laserit për nga natyra është rrezatim drite por për dallim nga drita, përkatësisht nga burimi termik i dritës për nga dendësia e madhe energjisë spektrale, monokromatike, gjatësisë së madhe të valëve koherente, frontit stacionar të valëve në fluksin e rrezatimit laserik, stabilitetit të madh të amplitudës,si dhe mundësisë për prodhim të impulseve ultra të shkurtër të dritës. Parimi i punës të laserit bazohet në rrezatimin laserik të materialeve gjatë simulimit të kalimit të grimcave atomike apo molekulave nga niveli i lartë energjetikë në nivel me të ultë energjetikë. Sipas teorisë kuantike energjia përhapet në mënyrë impulsive. Elektronet në përbërje të mbështjellësit elektronik të atomit munden të kenë vetëm vlera të caktuara diskrete të energjisë. Spektri energjetikë i atomit zakonisht paraqitet në formë të vijave horizontale të cilat janë të distancuar përmasa të ndryshme njëpasnjëshme të vlerave energjetike. Deri sa atomi është në gjendje të pa eksituar d.m.th. ne gjendje fillestare,ai nuk rrezaton energji(dritë), ndërsa elektronet pozicionohen në nivelet me të ultë energjetike. Gjatë kalimit nga njeri nivel energjetik në nivelin tjetër energjetik pason absorbimi i energjisë. Ose lirimi i energjisë se caktuar (hv) në forme të kuantit ose fotonit. Atomi tenton të gjendet në gjendje të energjisë me të ultë. Për këtë kalimi i tij nga niveli i ultë energjetikë në nivel me të lartë energjetik mundet të bahet vetëm me sjelljen e energjisë se caktuar nga rrethina e jashtme d.m.th. sjelljen e energjisë së nxehtësisë ose absorbimin e fotoneve me energji elektromagnetike e cila është njëjtë me ndryshimin energjetik të niveleve energjetike. Dispencë për student...e pa recensuar Page 111

112 Elektroni me rastin e eksitimit mundet të pranoj vetëm aq energji sa është ndryshimi energjetik i spektrit të atij atomi. Kjo mundet të jetë E2 E1, E3 E1, E3 E2 e kështu me radhë. Elektroni në gjendje të eksituar qëndron shkurt (10-8 [s]). Me rastin e kalimit të elektronit nga gjendja e eksituar energjetike E 2 në një gjendje energjie me të vogël E 1, do të emitohet një foton energji. hv E 2 E 1 (2.1) 34 Ku janë: v frekuenca e rrezatimit, h 6, Js konstanti i Plankut. Kalimi i atomit nga niveli me i lartë energjetik në nivel me të ultë energjetik përcjellët me emetimin e energjisë në formë fotoneve me energji elektromagnetike në raport i cili është i barabartë me ndryshimin mes niveleve energjetike të atomit para dhe pas kalimit. Fotoni është kuanti themelor i dritës i cili me energjinë e vetë saktësisht i përgjigjet ndryshimit mes niveleve energjetike. Duke marr parasysh mundësin e kalimit të atomit prej një niveli në tjetri,dallojmë: a) absorbimin, b) emetimin spontan, c) emetimin stimulues (induktiv). Në fig 7.1. janë treguar gjendjet e mundshme të rrezatimit elektromagnetik të sistemit atomik. Absorbimi është proces i kalimit prej nivelit me të ulte në nivel me të lartë. Ndodhë me veprimin e fotonit të futur në atom me energji (hv) i cili gjendet në nivel të ulte energjetik E 1 duke i mundësuar të kaloj në nivel me të lart energjetik E 2 Dispencë për student...e pa recensuar Page 112

113 Fig. 7.1 Skema e rrezatimit elektromagnetik të sistemit atomik me dy nivele: (a) absorbimi (b) emetimi spontan,(c) emetimi i stimuluar Emetimi spontan ndodhë kur atomi kalon nga niveli energjetik më i lartë E 2, në nivel me të ultë E 1. Atomi anon që nga niveli me i lartë të kalon në nivel me të ultë. Me rastin e emetimi spontan atomi emiton valët elektromagnetike faza e të cilës nuk ka raport të caktuar me fazën e valëve të emituar nga cilido atom tjetër. Emetimi i stimuluar është procesi kur në atom i cili gjendet në gjendje te eksituar vepron rrezatimi i futur i energjisë se caktuar duke liruar nga ai energjinë në formë fotoni me cilësi të njëjtë sikur të fotonit të futur.tani kemi dy foton :të stimuluarin dhe stimuluesin. Pasi procesi është shkaktuar nga veprimi i valës elektromagnetike të futur,vala e emituar e cilit do atom është në fazë me valën e futur, përveç kësaj ajo përcakton edhe drejtimin e valës se emituar. Emetimi i stimuluar është mekanizëm ku shumohen fotonet, gjegjësisht ku përforcohet drita. Që të tre proceset ndodhin njëkohësisht, me që rast mundësia e kalimit është proporcionale me numrin e atomeve të eksituar. Mundësia e kalimit të emisioni stimulativ është proporcionalisht e shtuar me densitetin e energjisë rrezatuese.krejt çka u tha për sjelljen e elektroneve në atom d.m.th për energjinë diskrete mundet të thuhet edhe për molekulat. Energjia e molekulave në një formë është shuma e energjive të elektroneve në lëvizje, oscilimit të atomit brenda Dispencë për student...e pa recensuar Page 113

114 molekulës dhe rotacionit të molekulës si tërësi. Për molekulën në gjendje stacionare energjia e saj është kuantike d.m.th. Se ka vlerën e caktuar strikte. Frekuencën e rrezatimit të cilën e emetojnë ose absorbojnë molekulat është e caktuar,sikur edhe të rasti i atomeve,me ndryshimin e energjive në mes dy gjendjeve ku kalimi kryhet tek emetimi apo absorbimi i fotonit Në fig 7.2. është dhënë skema parimore e laserit. Pjesët themelore përbërëse të laserit janë : mjedisi aktiv, rezonatori optik, burimi i energjisë(pompa), dhe burimi i eksitimit. Për të ardhur deri të rrezatimi laserik duhet të ekzistuar: mjedisi aktiv me atome,jone,molekula të caktuara me dy nivele të ndryshme energjetike çka mundësojnë rrezatimin dhe përforcimin e dritës me gjatësi valore të dëshiruar. burimi i energjisë(pompa) i cili eksiton atomet me qëllim të zmadhimit nivelit energjetik të atomit me shumë nga dy nivele dhe pajisja kthyese optike (rezonatori) në qëllim të përforcimit të dritës dhe lajmërimit të vetë oscilimit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 114

115 . Fig Skema parimore e laserit MJEDISI AKTIV Emetimi i stimuluar është shfrytëzuar për ndërtimin e laserëve. Ideja u ndërtua në atë që të shfrytëzohet emetimi i stimuluar për përforcimin e fluksit fotonik me rastin e kalimit përgjatë materialit laserik (mjedisit aktiv). Për përshkrimin e procesit shërben modeli i treguar në fig. 7.3 Dispencë për student...e pa recensuar Page 115

116 Fig. 7.3 Ndryshimi i fluksit të dritës gjatë kalimit të fotonit nëpër materialin laserik Sistemi atomik në mjedisin aktiv është i trashësisë z i rrezatuar me fluksin e fotoneve përgjatë aksit. Inteziteti i rrezatimit të dritës në hyrjen e mjedisit aktiv është 2 Iv W / m,nd=rsa pas kalimit nëpër mjedisin aktiv është Iv Iv. Intensiteti i dritës,pas kalimit nëpër mjedisin aktiv, regjistrohet me ndihmën e foto-detektorit. Kushtet që duhet plotësuar materiali laserik që të mundet të shfrytëzohet sikur mjedis aktiv janë : mundësia për mbajtjen e vogël të kopulacion nivelit të ulte energjetik, sa ma e ngushtë gjerësia e vijave energjetike, kohë e shkurt e emetimi spontan, sa ma e gjatë jetë zgjatja e fotoneve në sistem dhe temperatura e ultë. Duke marr parasysh se materiali laserik (mjedisi aktiv) ka gjendje të ndryshme agregate,laserët i ndajmë në të ngurtë dhe të gaztë, me që rast ata në bazë të ngurtë mund të jenë të punuar edhe nga baza izolatorë por edhe gjysmëpercuese REZONATORI OPTIK DHE MODET LASERIKE Që nga përforcuesi i dritës të ndërtohet rezonatori laserik është e nevojshme të futet pajisja kthyese. Tek laseri pajisja kthyese arrihet me vendosjen e materialit laserik mes dy pasqyrave paralele (rezonatorit optik) me kusht që të mundësohet që drita të shumë herë të reflektohet nga pasqyrat dhe të kalon nëpër mjedisin aktiv. Ne rezonatorin optik Dispencë për student...e pa recensuar Page 116

117 përforcohet valët e dritës (fig. 7.4), me që rast krijohen oscilimet vetanake në rast se është përforcimi G me i madhe se humbja V (2. kushti laserik,kushti i pompimit:g V) Brenda gjerësisë përforcuese laseri oshilon në mode e rezonatorit optik. Për zonën e oshilimit G V kemi punën një modulare. Fig. 7.4 (a) Struktura e rezonatorit optik; (b) lakorja e përforcimit, G dhe lakorja, V ( nd - gjerësia e vijës së Doplerit, vs -oscilimeve); (c) lakorja e rezonimeve T rezonatorit optik (mode longitudinale); (d) fuqia dalëse për njësi frekuence P L / dv. Dispencë për student...e pa recensuar Page 117

118 VETITE E RREZATIMIT LASERIK Rrezatimi laserik dallon nga rrezatimi i burimit termik të dritës për densitetin e madh spektral të energjisë, monokromaticitetit, gjatësisë së madhe të valëve koherente,frontit stacionar të valëve në tufën e rrezatimit laserik,stabilitetin e madh të amplitudës si dhe mundësin e prodhimit të impulseve të rrezatimit ultra të shkurtër. Përveç kësaj, rrezatimi laserik dallon nga rrezatimet tjera të energjisë elektromagnetike me shkallë të ultë të divergjencës të valëve d.m.th., me drejtimin shumë të ngushtë të përhapjes. Rrezatimi laserik ka shkallë të lartë monokromatike, d.m.th. përmban interval të ngushtë të gjatësive valore. Monokromaticitetin e përcakton diapazoni i frekuencave,përkatësisht; gjatësive valore,të përmbajtura në rrezatim, d.m.th. gjerësia e spektrit të rrezatimit laserik LLOJET E LASERËVE Ekzistojnë shumë kritere për ndarjen e laserëve. Me së shpeshti ndahen sipas fig. 7.5: Fig. 7.5 Dispencë për student...e pa recensuar Page 118

119 1.Sipas gjendjes agregate të mjedisit aktiv: Laser të ngurtë; Laser të lëngët dhe Laser të gaztë. 2. sipas regjimit punues : laser impulsiv dhe laser kontinuel. 3. Sipas mënyrës së eksitimit(nxitjes): laser me eksitim optik; laser me eksitim të shkarkimit elektrik; laser me eksitim të reaksioneve kimike dhe laser me eksitim të tufës së thërrmijave me energji të madhe. 4. sipas spektrit të gjenerues : laser të cilët rrezatojnë në brezin e spektrit infra të kuq, të bardhë dhe ultravjollcë LASERËT E NGURTË Tek laserët me bazë të ngurtë, si mjedis aktiv, shfrytëzohet trupi kristalor ose amorf. Trupat e ngurtë kanë koncentrim të thërrmijave aktive dukshëm me të madhe sesa trupat e gaztë. Për ketë shkak përhapja e niveleve energjetike në trupat e ngurtë është shumë me e madhe se te gazrat. Trupi i ngurtë si mjedis optik është me pak homogjen se sa gazrat, çka kushtëzon humbje me të mëdha disperzive të dritës dhe zvogëlon kualitetin e rezonatorit me rastin e gjatësisë së tij të madhe, për ketë arsye nuk ka kuptim prodhimi i mjediseve aktive të gjatësisë së madhe. Dispencë për student...e pa recensuar Page 119

120 Elementet aktive të këtyre laserëve nuk kalojnë gjatësinë 60[cm] për materialet optike me homogjene. Këndi i divergjencës të rrezatimit laserik përmban disa dhjetëra minuta, për dallim nga laserët me gaz ku ky kënd përmban vetem disa minuta. Duke marr parasysh se nëpër dialektrik nuk mundet me kalue rryma elektrike, shpërndarja inverse e niveleve energjetike arrihet me pompim optik. Pompimi optik arrihet në atë mënyrë që mjedisi aktiv ndriçohet me dritë intensive nga burimi i veçante i dritës. Mjedisi aktiv në formën e dialektrikut kristalore ose të dialektrikut amorf e ka formën e cilindrit apo të paralelepipedit këndrejt. Pasqyrat janë të ndërtuara me përpunime veçante të sipërfaqeve të kufizuara të trupit, të cilat paraqesin mjedisin aktiv. Në këto sipërfaqe vendoset shtresa e argjendit apo shumë shtresa të ndonjë dialektriku, e cila mundëson fitimin e kofecientit reflektues të nevojshëm në brezin spektral të caktuar. Dimensionet e rezonatorit zakonisht janë të vogla. Seksioni tërthor zakonisht është rreth ose katror, diametri i të cilit është nga 2[mm] deri3[cm]. Gjatësia e rezonatorit është deri 60[cm]. Sipërfaqet e rezonatorit palirohen,që të zvogëlohet sa ma shumë oscilimet parazite, të cilat munden të krijohen nga reflektimi i sipërfaqeve anësore. Sipërfaqet anësore nga njëherë ndërtohen të valëzuara ose vetëm afër pasqyrave. Materiali themelor i matricës rezonatorë nuk merr pjesë drejtpërdrejt në proceset fizike të cilat sjellin deri të rrezatimi laserik. Matrica paraqet dialektrikun kristalor apo amorf i cili përmban numër të vogël të atomeve të aktivatorit, zakonisht nën 1%. Kalimet induktive zhvillohen në aktivatorë me çka ftohet rrezatimi laserik. Zmadhimi i koncentrimit të aktivatorëve, nga njëra anë, kontribuon rritjes se sasisë grimcave të cilat marrin pjesë në procesin e formimit të rrezatimit laserik, derisa nga ana tjetër ndikojnë negativisht në kohë qëndrimin e elektroneve në nivelet metastabile. Si aktivator shfrytëzohen elementet e rralla (rënda) si dhe kromi dhe urani. Si matricë përdoren rrjetat nga acidet ose kripërat alkaline-tokësore : H 2 WO 4, H 2 M O O 4 dhe HF. Më së shpeshti përdoren kripërat e kalciumit. Shumë tipa të rezonatorëve janë të ndërtuar në bazë të komponimeve të Itrijumit Y 3 M e5 O 12 ku simboli Me simbolizon Dispencë për student...e pa recensuar Page 120

121 metalet : aluminiumin,hekurin ose goldominiumin. Rezultate veçanërisht të mira ka treguar komponimi Y 3 Al 5 O 12 i cili simbolizohet me YAG (itrijum aluminijum granat). Nga materialet tjera kristalore, të cilat shfrytëzohen si matrica duhet përmendur korundin. Ky kristal shfrytëzohet në laserin e rubinit. Krahas kristalit,si matricë për rezonator përdoret edhe qelqi. Shfrytëzohen qelqe speciale me përbërje: K-Ba-Si, La-Ba-Th-B, Na- Ca-Si, Li-Mg-Al-Si, etj. Impulsi i ndezjes 25kV Drejtuesi i tensionit të lartë në bateri 1-10Kv Lampa blic Reflektori i pompes optike Pasqyra laserike R 100% Pompa optike Pasqyra laserike Fig Laseri i ngurtë impulsiv; R shkalla e reflektimit Shkopi laserik R 70% Nxitja e aktivatorit bëhet përmes sistemit për matje optike i cili përbëhet nga llambat speciale shkëlqyese dhe sipërfaqësore që reflektojnë dhe e përqendrojnë dritën kah mesi aktiv. Si shkëlqyes përdorën llambat speciale me zbrazje te gjatë qe janë te mbushura me ksenon. Këto llamba e kanë formën spirale ose janë të drejta dhe ne skaje u gjenden elektrodat. Kur te ndezët llapma, kondenzatori nëpërmes saj zbrazet me shpejtësi me çrast krijohet ndriqushemëria intensive (vetimë).të LASERET e fuqisë me te madhe,shfrytëzohen bateritë kondenzatore te kapacitetit të radhës 1000[μF],të cilat mbushen deri të disa mira volt. Spektri i rrezatimit të llampes e mbulon diapazonin e gjatësive valore prej 200 [nm] deri 1000 [nm]. Dispencë për student...e pa recensuar Page 121

122 Në rrezatim del rreth 30% e energjisë se sjellur në llamp ndërsa pjesa tjetër e energjisë shpërndahet në nxehtësi. Për shkak të goditjes së madhe termike, këto llampa ndërtohen prej kuarcit. Për pompim optik në regjimin kontinual përdoren llampat me kapilarë cirkulue. Një llamp e tillë paraqet gypin kapilarë nga kuarci me diametër 1~2(mm) i cili është i mbushur me avullin e zhivës nën shtypje mbi 10 7 (Pa). Për punën në regjimin kontinual mund të shfrytëzohen edhe lampat në bazë të argonit dhe jodit. Janë të ndërtuara në formë gypi nga kuarci me diametër 10(mm) dhe gjatësi 300(mm). Tabela 7.1 LASERI i NGURT Mjedisi aktiv Gjatësia valore m Regjimi punues Fuqia Energjia e impulsit Zgjatja e impulsit [J] Rubini Pw 1 50[Mw] [ms] 20[ps] 200[ns] Aleksandriti Pw E mesme 1 100[W] [ms] 20[ns] 200[ns] Neodinjum pw 1 50[Mw] 10 30[ps] 3[ns] YAG-u E mesme 150[w] 1.5 (100[Hz]) cw [w] (TEMoo) [w] Dispencë për student...e pa recensuar Page 122

123 cw (puna e sipërme) 20[w] Qelqi i 1.06 Pw [Mw] [ms] Neodinjumit 1 100[Mw] [ps] 200[ns] Vërejtje: përgjimi i impulsit, cw-regjimi kontinual LASERI I RUBINIT Në mesin e laserëve me trup te ngurtë ma i njohuri është laseri i rubinit. Ky laser i pari i ndërtuar me Rubini është shfrytëzuar si mjedis aktiv ndërsa është prodhuar artificialisht. Përndryshe rubini është material ngjyrë trëndafili të zbehtë deri në të kuqe e ndritshme. Rubini është kristal Al 2 O 3 me 0.05% jone të C +++ ngjyra e kristaltë varet nga sasia e kromit ku sa më shumë të ketë krom, kristali do të jetë ma i kuq. Kjo rrjedh nga ajo se atomet e kromit kanë absorbim selektiv të dritës në fushën e gjelbër dhe të verdhë të spektrit. Gjatë këtij absorbimi, atomet e kromit kalojnë në gjendjen e ekzistuar. Kalimet inverse karakterizohen me emetimin e fotoneve. Në rezonator në bazë të rubinit, Al 2 O 3 paraqet matricën ndërsa jonet e kromit aktivatorin. Nëse kristali i rubinit rrezaton ndritëshmeri te gjerësisë valore λ=560(mm), jonet e kromit kalojnë nivelin ma të lartë energjetikë. Është me rëndësi të ceket kthimi i joneve të kromit në gjendjen bazë, duhet të realizohet nëpërmes dy kalimeve të njëpasnjëshme. Kalimi i parë pa emetim bëhet në nivelin metastabil R gjatë këtij kalimi, jo mete kromit japin energji rrjetës kristalore të rubinit. Në nivelin metastabil, jonet qendërojnë ma gjatë se në nivel ma të lartë me çka arrihet ngopja (stervendosja) e këtij niveli. Kthimi i joneve në gjendje bazë kryhet me emetimin e dy lloje rrezatimesh nga fusha e pjesës së kuqe te spektrit të gjatësisë valore λ 1 =693.4 (mm) dhe λ 2 =692.9 (mm). Ky kthim bëhet në formë te ortekut të fotoneve me gjatësi të njëjtë valore. Dispencë për student...e pa recensuar Page 123

124 Në fig. 7.7 është dhënë skena e laserit rubin. Në fig. 7.7 Është dhënë skema e laserit të rubinit: 1 tubi prej qelqi, 2 rubini, 3 blicillamba, 4 susta mbajtëse, 5 burimi i furnizimit të blicit të llambës, 6 rrezet laserike, 7 ftohësi. Rubini i cili shfrytëzohet në laser, e ka formën e shkopit të dimensioneve te vogla, me diametër 0.5-1(cm) dhe gjatësi 2-10(cm). Sipërfaqet e rrafshëta të këtij shkopi janë rigorozisht paralele, precize të rrumbullakuara dhe të argjentarizuara ashtu që formojnë pasqyra. Pasqyrat janë të kthyera njëra kah tjetra ashtu që njëra nga ato është gjysma e tejdukshme (gjysmë e rrezatueshme). Tërë shkopi i rubinit është i mbështjellur (mbuluar) me llambën impulsive ksenone (blic llamba) në formë të spirale kohëzgjatja e impulsit të dritës të së cilës zgjatet rreth 10-3 (s).atomet e kromit, gjatë ndezjes të blic llambës absorbojnë dritën ashtu që shumica e atomeve bëhet e ekscituar. Pra kryhet i ashtuquajturi pompim optik. Disa nga atomet e ekscituara të kromitë spontanisht emitojnë fotone duke kaluar në nivele ma të ulëta energjetike. Fotonet që lëvizin të orientuara paralel në boshët të rubinit dëbohen nga pasqyra duke tërhequr numër gjithmonë ma të madh të atomeve të kromit me emision të stimuluar (induktuar) me që rast formohet orteku i fotoneve. Nën përforcim të mjaftueshëm, një pjesë e tufës së rrezeve te laseritë, del nëpër pasqyrën gjysmë të dukshme (rrezatueshme) të kristalit. Fotonet në tufën dalëse të rrëzës së laseritë e kanë të njëjtën frekuencë dhe gjendje në të Dispencë për student...e pa recensuar Page 124

125 njëjtën fazë kështu që tufa është monokromatike dhe koherente. Energjia e impulsive laserikë mvaret nga energjia e llampës për pompim. Koeficienti i veprimit të dobishëm i laseritë të rubinit sillet rreth 1%. Ekzistojnë edhe laserë në bazë të rubinit të cilët punojnë në regjim kontinualë. Fuqia e impulsitë të laseritë mund të jetë e radhës (Mw) e ma e madhe ndërsa e regjimit kontinual fuqia e arrin radhën 100(mw). Laserët që punojnë në regjimin kontinualë zakonisht ftohen në sistem të veçantë të ftofjesë. Divergjenca e tufesë së rrezes laserike është shumë e vogël dhe zakonisht sillet rreth 0.001(rad) LASERI Nd:YAG (NEODIUMI) Një nga laserët më të rëndësishëm i cili ka zbatim të shumëllojshëm në industri dhe shkencë është ai i neodiumit. Ky laser si mjedis aktivë shfrytëzon Itrijum Aluminium Granatin (YAG) të pasuruar me neodim trevalentë. Nd:YAG është përfaqësues tipik me katër nivele energjetike. Niveli i epërm i kalimit laserikë është 4F 3/2 (115000(cm -1 )) ndërsa niveli i poshtëm 4I 11/2 (2.111(cm -1 )) mbi gjendjen bazë, fig. 7.8 Dispencë për student...e pa recensuar Page 125

126 Fig. 7.8 Niveli energjetikë i laseritë YAG : Nd Nën veprimin e pompës optike, elektronet ekssitohenë dhe hudhen në nivele të zgjeruara energjetike e pastaj kalojnë shpejtë në nivelin e lartë laserikë 4F 3/2. ky kalim është jo radioaktivë sikur edhe nga kalimi nga niveli i poshtëm laserikë në gjendjen bazë. Në të dy laserët energjia e elektroneve i dorëzohet rrjetës kristalore për arsye ajo nxehtë ndërsa është e domosdoshëm që të ftohim kristalin. Kristalet janë në formë cilindrike të gjatësisë 150(mm) dhe vëllim në mes 25 (cm 3 ). Gjatë kohës të punës mund të deponohen rreth 150(m/cm 3 ) me çka mund të prodhohen impulse prej 10(J) me frekuenca 0.1(Hz). Përveç granitit, me neodim mund të arrijnë (shkrihen) edhe C a W0 4, YAl0 3, YL 1 F 4, por kristalet Nd: YAG,MA me efikasitet e shëndrrojnë rrezatimin ekscitues të llampës me rrezatim laserikë për arsye që edhe më së shpeshti përdoret. Laseri YAG:nd punon me regjim impulsivë dhe atë kontinualë ky laser liron energji prej disa qindra (mj) me frekuencë prej 1~50 [Hz] sistemi për pompim është i ngjashëm sikur te laseri rubinë. Energjia që mund të lirohet është e limituar me kapacitetin e kristalit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 126

127 Fig. 7.9 Skema parimore e Nd: YAG laserit LASERËT E LËNGËT Si mjedis aktiv te laserët në bazë të lëngut, shfrytëzohen tretjet e komponenteve jo organike te elementeve te rralla dhe te tretjen e ngjyrave organike. Dallojmë dy lloj laserësh në bazë të lëngut: laserët me tretje të komponimeve organike dhe laserët me tretje të komponimeve joorganike. Në laserët në bazë të lëngut arrihet përqendrimi njëjtë i grimcave aktive sikurse në mjedisin aktivë në bazë të trupave të ngurtë, kështu që mund të ftohet energjia e madhe e rrezatimit për mjedis të vëllimit. Lëngu optikishtë është ma homogjenë se trupat e ngurtë për qarsye të trupave të lëngtë, humbjet e rrezatimit janë më të vogla se te trupat e ngurtë të cilët ekzistojnë defekte të ndryshme në strukturë. Ftohja e lënditë si mjedisë aktivë bëhet me cirkulimë që paraqet metoda ma të thjeshta dhe efikase. Te regjimi impulsivë i punës, vëllimi punues i lëngut mund të përtërihet në teresi. Stabiliteti në raporte me sforcimet termike është dukshëm ma i lartë se te laserët në bazë të trupave të ngurtë. E mete laserëve në bazë të lëngur është jo stabiliteti në kohë i tretjes. Me tretje, qysh pas 1~2 muajve formohen fundrina të cilat ndeshen dhe e zvogëlojnë rrezatimin laserit. Te lëngjet vie deri te formimi i të ashtu quajturve thjerrëza termike Dispencë për student...e pa recensuar Page 127

128 fokusi i të cilave ndryshon gjatë kohës së impulsit të rrezatimit kështu që divergjenca e rrëzës laser mund të arrijë disa shkallë. Laserët në bazë të tretjeve joorganike përdoren lëngjet kimikisht agresive për dallim nga laserët në bazë të tretjeve organike. Në bazë të tretjeve organike fitohet spektri i gjanë i rrezatimit laserikë kështu që vija spektrale mund të ketë gjerësinë rreth 100(mm) gjë që mundëson konstruktimin e laserit që mund të përshtatet në fushë të gjerë valore.me zgjedhjen e komponimit organikë, arrihet fushë gjegjëse valore në të cilën laseri mund të rrezatojë ndërsa kyçjen e elementeve selektive në rrerzonator, arrihet rrezatim laserit me gjatësinë e dëshiruar valore brenda fushës valore. Kësi laserësh mund të punojnë edhe në regjimin kontinualë e edhe në atë impulsivë ndërsa laserët me tretje joorganike shfrytëzohen vetëm te regjimi impulsivë. Ekscitimi i laserit në bazë të lëngut me pompim optikë LASERËT E GAZTE Ekzistojnë shumë laser të gaztë te cilët dallojnë mes veti sipas llojit te gazit qe e përben mjedisin aktivë pastaj për nga natyra e realizimit te mjedisit me vendosje (grupimpushtim) invers. Në raport me trupa tjerë, gazrat kanë gjendje saktësisht të përcaktuar të nivelit energjetikë të atomeve ose molekulave, për këtë një mori e kalimeve të mundshme nga niveli në nivel të gazrat e ndryshme. Karakteristik tjetër e gazrave është homogjeniteti optik. Dendësia gazit është e vogël dhe për këtë ne gazra nuk vie deri te disperzioni i dritës dhe deri te deformimi i rrezes së dritës. Mu kjo veti e gazrave lejon qe distanca ne mes të pasqyrave ne rezonatorin optik të laserëve të gaztë te jete e madhe me çka ma lehtë arrihet monokromaticiteti dhe orientimi ma i mirë i rrezes laser. Nga ana tjetër gazi si mjedis aktiv ka edhe disa te meta: dendësia e gazit është dukshëm ma e vogël se dendësia e trupave të ngurtë dhe për ketë njësimin e vëllimit nuk mund te eksitohet numër i madh atomesh qe emitojnë dritë si te trupat e ngurtë. Për këtë te laserët e gaztë, nuk mund te arrihet impuls i fuqisë se madhe si te trupat ce ngurtë. Vendosja (pushtimi) invers te këta laser, arrihet me ekscitimin e atomeve ose molekulave te gazit gjatë ndeshjes së tyre me elektronet e shpejta te lira gjatë kohës së zbrazjes së gazit. Shtypja e gazit te këta laser arrin prej 10-3 (Pa) deri 10-2 (Pa).Ne praktikë dallojnë tre tipe Dispencë për student...e pa recensuar Page 128

129 laserësh në bazë të zbrazjes se gazrave: laserët me atome neutrale, laserët jonik dhe laserët molekularë. Këta laser dallojnë ne mes veti për nga mekanizmi i krijimit te vendosjes (pushtimit) invers dhe për nga gjatësia valore e rrezatimit. Ne fig është treguar (paraqitur) diagrami tipik i niveleve energjetike te gazrave. Fig Diagrami i niveleve energjetike te gazrave Niveli energjetik më i lartë, i përgjigjet energjisë së jonizimit të gazit në gazin i cili përbëhet nga atome ose energjisë së disocimit te molekulave në gazin molekular. Nivelet energjetike të shënuar me IP paraqesin zakonisht nivelet në të cilat kryhen kalime të induktuara. Nivelet qe shtrihen mbi IP formojnë spektër shumë të dendur i cili kah fundi praktikisht është i pandërprerë. Në këto nivele, elektronet qëndrojnë shumë shkurt bien mbi nivelin e epërm të sërës IP të cilin e kemi shënuar me Ei, i cili paraqet nivel metstabil. Nënë këtë nivel gjendet niveli E 6 në të cilin elektronet qëndrojnë shumë shkurt e që i përshtatet realizimit të vendosjes inverse. Mirëpo, në spektrin e disa gazrave ( kryesisht gazrave inerte), në serinë IP gjendet edhe një nivel metastabil, niveli E 4, i cili ka vendosje të madhe. Ekzistimi i nivelit të tillë e eviton vendosjen (invazionin) kështu që niveli E 6 më dobët do të mbushet. Në laserët gaztë molekularë energjia e disosinit arrin në Ei 2 : 3[ ev ] ndërsa kalimet në mes nivelit E 6 dhe E 5 i përgjigjen gjatësive valore të rrezatimit në mes 10 dhe 100 [mm] që d.m.th se i takojnë valëve infra të kuqe dhe atyre submilimitrike. Në tabelën 2.3 është dhënë pasqyra e karakteristikave të laserëve të gaztë. Dispencë për student...e pa recensuar Page 129

130 7.3..PARIMI I PËRPUNIMIT ME LASER Parimi i funksionimit të laserit bazohet në vetinë e emituesit mjedisit aktiv (të ngurtë, të lëngshëm, të gaztë) që në një periudhë të shkurtër kohe, prej disa milisekondash të emetoj (transmetoj) në formë të dritës rrezatuese një pjesë të energjisë të futur më parë. Gjatë përplasjes së një tufës laserike me një trup të ngurtë të errët (jo i tejdukshëm), në sipërfaqen dhe nënshtresat e tij (në një thellësi të caktuar) zhvillohen procese të ndryshme fizike. Nën ndikimin e saj vie deri te nxehja intensive sipërfaqesore, shkrirja dhe avullimi i materialit të detalit punues. Pwr kwtw arsye, veprimi i tufës laserike nw materialin punues, mund tw ndahet nw disa faza karakteristike: reflektimi (refuzimi) i tufës laserike nga sipërfaqja, apsorbimi i rrezatimit laserik nëpër shtresat siperfaqesore të copës punuese dhe transformimi i enerigjisë fotonike ( dritës) në energji nxehtësie, nxehja e sipërfaqes së rrezatuar me shkrirje dhe avullimin e shtresës sipërfaqësore largimin e produkteve të shkatërrimit dhe. ftohjen e materialit me pushiminin e veprimit të rrezatimit laserit. Për veç kësaj, njëkohësisht zhvillohen edhe procese kimike dhe transformime fazore të cilat bashkërisht, dukshëm ndikojnë në karakterin e veprimit të rrezatimit laserik. Ky proces është bazë e çdo veprimi të përpunimit të rrezatimit laserik. Cili nga këta do të manifestohet, varet nga dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik; kohës së inter reaksionit në mes rrëzës së laserit dhe materialit të detalit dhe i energjisë specifike të nevojshme për përpunim të caktuar. Dispencë për student...e pa recensuar Page 130

131 Për përcaktim të drejtë të mundesisë dhe fushës së aplikimit të përpunimit me laser duhet të bëhet klasifikimi nga aspekti e energetik dhe teknologjik. Për klasifikimin e përpunimit nga aspekti i energjisë, përdoren parametrat: - dendësia e fuqisë q c [W/cm 2 ] dhe - kohëzgjatja e veprimit të tufës laserike t. Dendësia e fuqisë është : Ku është: N [W] fuqia e tufës laserike d m [cm] diametric itufës së fokusuar me veprim konrinual dhe është: Ku është; V [cm/s] shpejtësia e zhvendosjes së tufës laserike nëpër sipërfaqen e përpunuar. Në fig është paraqitur diagrami i aplikimit të përpunimit me laser në bazë të karakteristikave enrgjetike të tufës laserike. Na slici 2.8 prikazan je dijagram primene obrade laserom na bazi energetskih Ekzistojnë katër zona karakteristike: - nxehja sipërfaqësore, - shkrirja - largimi i materialit dhe - formimi i plazmës. Dispencë për student...e pa recensuar Page 131

132 4 2 Dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik 10 [ W / cm ] dhe koha e interakcionit [ s] shfrytëzohet për përpunimi termik, dendësia e fuqisë [ W / cm 2 ] dhe koha e interakcionit 1 10[ms] shfrytëzohet për saldim, ndërsa e fuqisë [ W / cm ] dhe koha e njëjtë e interakconit (si më parë) shfrytëzohet për 8 2 shpuarje dhe prerje ndërsa dendësia e fuqisë ma e madhe se 10 [ W / cm ] mundëson largimin eksploziv të materialit, metodë e cila ende nuk përdoret në praktikë. Shumica e proceseve teknologjike laserike, bazohet në veprimin termik të rrezatimit laserik. Gjatë qc= , V/cm2 dhe t= , mund të realizohen operacionet teknologjike që janë të lidhura me largimin e materialit; shpiimi i vrimave, prerja, gravimi etj. Gjatë qc>10 8, V/cm2 dhe t<10-3, nuk mund të realizohen operacione teknologjike pasi që plazma e formuar nën sipërfaqen e materiali, praktikisht plotësisht i apsobon rrezet laserike dhe e pengon veprimin e tyre në material. Fig Diagrami i aplikimit të përpunimi me laser nga aspekti energjetik Dispencë për student...e pa recensuar Page 132

133 Te shqyrtimi i proceseve termike që ndodhen në material nën veprimin e rrezatimit laserik, është e domosdoshme njohja e karakteristikave siç janë: dendësia e, fuqisë së rrezatimit laserik(q), shpërndarja hapësinore e dendësisë së fuqisë(qr), koha e zgjatjes së impulsit (ti), gjatësia valore e rrezatimit laserik ( ), kushtet e fokusimit, thellësia e depërtimit të impulsit laserik në material(x), pjesa e absorbuar e rrezatimit laserik ( 1 R) etj OPERACIONET TEKNOLOGJIKE TË PËRPUNIMIT LASERIK Rrezja laser e fokusuar në diametrin punues 0,15% 0,2 [mm] është bërë vegël (instrument) universale e cila mundet me i prerë gati të gjitha materialet e njohura. Për dallim prej instrumenteve konvencionale, ky është pa formë e që nuk mundet të porositet special për prodhim si dhe nuk imponon shpenzime të lidhura me deponimin, mprehjen ose rregullim. Mundësia e drejtimit dhe manipulimit e bënë rrezen laser ideal të përshtatshme për përpunimin me qe rast laseri mund të jetë i integruar në sisteme më të mëdha teknologjike. Karakteristikat teknologjike të përpunimit me laser varen nga lloji operacionit teknologjik.për operacionet e heqjesë së materialit janë: saktësisia e përmasës (diametric dhe dhe thellësia e vrimës së shpuar, saktësinë e vijës prerëse, etj). kualiteti i sipërfaqes së përpunuar (ashpersia e sipërfaqes, ndryshimet strukturore në sipërfaqe, etj). produktiviteti i përpunimin (sasia e materialit të hiqur per impuls, numri i vrimave të shpuara në një njësi të kohës). Dispencë për student...e pa recensuar Page 133

134 Përpunueshmëria e metalit me laser. Përpunshmëria e metalit me laser është e ndryshme dhe varet nga vetiitë e ndryshme të materialit, e sidomos nga vetitë termofizike (kapaciteti termik specifik, përqueshmëria termike, nxehtësia e shkrirjes dhe sublimimit, temperatura e shkrirjes dhe avullimit etj). Në figurën 7.12 është treguar përpunueshnëria e materialeve me laser. Metalet kanë përpunueshmëri më të mirë nëse kanë energji të avullimit më të vogël dhe përcueshmëri më të dobët të nxehtësisë. Psh., Cu, Ag, Au (përçueshmëri e mirë e nxehtësisë ) dhe W, Ir, Mo (energji e madhe e avullimit), shumë vështirë përpunohet me laser. Mirëpo; Zr, Ti (përçueshmëri e dobet e nxehtësisë) si dhe Zn, Pb, Sn (energji e vogël e avullimit), lehtë përpunohen me laser. Në tabelën 4.1 është dhënë përpunushmëria relative e metaleve të pastra sipas vëllimit të larguar nga hapja (vrima) elementare. Tabela 4.1 përpunushmëria relative e metaleve Metali Përpunushmëria relative Volframi 1 Bakri 1.03 Malibdemi 1.06 Niobiumi 2.0 Kromi 2.72 Cirkoniumi 3.58 Alumini 4.57 Titani 6.48 Kallaji 28.6 Plumbi 35.8 Tek jometalet nuk mund të jepet një konstatim i tillë fenomenologjik sepse proceset fizike janë më të komplikuara dhe dukuritë e shfaqura më komplekse. Dispencë për student...e pa recensuar Page 134

135 Fig Përpunushmëria e metalit me laser Dispencë për student...e pa recensuar Page 135

136 SHPIMI ME LASER Shpimi me laser është operacion tipik i përpunimit laserik (proces elementar) i cili paraqet bazë për operacionet tjera teknologjike të përpunimit me laser. Procesi i përpunimit bazohet në formimin e vrimës ose hapjes në materialin e detalit me veprimin e rrezatimit laserik të fokusuara me ç`rast materiali hiqet (shmanget) me avullim. Sasia e materialit cila do të jetë e larguar (hequr) me avullim, varet nga dendësia e fuqisë së rrezatimit laserik dhe nga nxehtësia latente e avullimit të materialit të detalit. Te dendësia e vogël e fuqisë, ndodhë vetëm shkrije lokale pa formimin e vrimës (fig a ). Me rritjen e dendësisë së fuqisë, fillon krahas shkrirjes edhe avullimi në qendër të shenjës (damkës ) së dritës mbi material, ndërsa masa e lëngët, lëvizë në skaje dhe në fillim të vrimës (fig b ), d.m.th formohet vrima iniciale. Me rritjen e dendësisë së fuqisë rriten: thellësia dhe diametri i vrimës (krateri). Materiali i shkrirë i mbushë muret e vrimës nën veprimin e impulsit ngritët në kunorë në fillim të vrimës ndërsa me ndërprerjen e impulsit, si pajos e konpenzimit të avullit, faza e lëngët tërhiqet (hyn) në vrimë (fig c, d, e ). Te impulsi i rrezatimit laserik të fuqisë së radhës 10 8 [w/cm 2 ], ç`faqet hedhje (qitje) e fuqishme e produkteve të avullimit (shkatërrime) të materialit me çrast fitohet vrima ose hapja e formës rrethore (fig f ). Dispencë për student...e pa recensuar Page 136

137 Fig.7.13 Procesi i formimit të vrimës ne materialin e detalit me ndryshimin e dendësisë së fuqisë së rrezatimit laserik Teorikisht mund të përcaktohet thellësia e vrimës në bazë të sasisë së materialit i cili mund të hiqet me avullim. Sasia maksimale e materialit të hequr mund të përcaktohet nën supozimin se sasia e përgjithshme e energjisë së absorbuar është shqyrtuar për avullim të materialit dhe se forma e vrimës së fituar është cilindrike me sipërfaqe A dhe thellësi H atëherë energjia e duhur për avullim të njësisë së vëllimit të detalit është dhënë me shprehjen: E1 v i 0 c c(t - T ) (4.1) Ku: - dendësia specifike e materialit të detalit C v - nxehtësia latente e avullimit të detalit C - nxehtësia specifike e avullimit të detalit Ti - temperatura e avullimit të detalit T 0 - temperatura e rrethinës Thellësia e shpimit, në bazë të (4.19) është përcaktuar me shprehjen: H E A c c T i T 0 (4.2) Dispencë për student...e pa recensuar Page 137

138 Në praktikë për përcaktimin e thellësisë dhe të diametrit të vrimës te shpimi laserik, shfrytëzohen shprehjet e fituara eksperimentale: H xh yh zh CH E ti f s (4.3) D d xd 2.44 CDE f s (4.4) Ku: C H, C D - Koeficiente e përpunueshmërisë së materialit, E-energjia e rrezatimit, t i - zgjatja e impulsit të rrezatimit, f s - largësi e xixës së thjerrëzës, λ- gjatësia valore e rrezatimit të laserit, d- diametri i metalit laserik (mjedisit aktiv), X H, Y H, Z H, X D - eksponente që varen nga materiali i detalit PRERJA LASERIKE Nuk ka lami ne përpunim e cila ka përparuar aq shpejt sikur prerja me laser. Për ta kuptuar se çka bën laserin të përshtatshëm për prerje duhet shqyrtuar karakteristikat specifike të rrezatimit laserik. Laseri prodhon tufën e dritës monokromatike kohoren të intezitetit të madh energjetik të cilën e karakterizon drejtimi dhe disperzioni i vogël. Ne interaksion me materialin e përpunuar, nëse kjo energji është më e madhe se aftësia e materialit për të reflektuar, përçuar apo shpërnda këtë energji, vije deri tek absorbimi i energjisë se dritës dhe shndërrimin e saj në nxehtësi, gjegjësisht rritjes së temperaturës në vendin e rrezatuar. Gjatë rritjes rapide të temperaturës vije deri tek shfaqja e shkrirjes lokale ose avullimit të materialit, çka varet nga inteziteti i gjenerimit të nxehtësisë, e kjo shkakton krijimin e vrimës apo hapjes te materiali. Me lëvizjen e rrezes laserike ose të materialit përpunues krijojmë procesin e prerjes laserike ose frezimit laserik. Në shumë Dispencë për student...e pa recensuar Page 138

139 raste tufa jo e fokusuar e rrezatimit laserik e laserëve industrial shumë kilovatësh, nuk posedon energjinë adekuate të bëjë me shumë se ta nxehë sipërfaqen e materialit përpunues. Mirëpo nëse kjo tufë drejtohet përmes thjerrëzave për fokusim, energjia është e fokusuar në sipërfaqe me diametër me të vogël se 0,25 [mm] çka prodhon energji prej miliona wat e aftë për avullimin e shumë materialeve. Makinat laserike përveç nxehtësisë të fituar nga fokusimi i tufës së rrezeve laserike shfrytëzojnë edhe gazin ndihmës i cili largon materialin e shkrirë nga zona e prerjes, mbron thjerrëzën nga avullimi dhe ndihmon në procesin e djegies. Fig Prerja laserike Procesi i prerjes laserike vije në shprehje të plotë (nga pikëpamja teknologjike) në efektet termike (nxehjen, shkrirjen,avullimin,degradimin termik dhe erozionin), të cilat shfaqen nga rrezatimi laserik në materialet industriale, me qëllim qe nga lënda e pare të fitohet produkti final. Fillimi i prerjes me laser është i kushtëzuar me kontaktin e Dispencë për student...e pa recensuar Page 139

140 rrezatimit laserik me materialin përpunues, madje edhe kur absorbimi i energjisë së tufës goditëse të rrezatimit laserik është i pjesrishëm. Fenomenologjia e prerjes me laser është jashtëzakonisht komplekse. Metodat bazohen në rrezatimin e materialit përpunues me tufë e rrezatimit laserik me zhvillime lokale të energjisë lëvizëse,kontinuale ose impulsive, të densitetit të fuqisë q [W/m 2 ] ose energjisë q e ([J/m 2 ]), përkatësisht energjisë lineare q l ([J/m]), e cila është në gjendje të prodhoj proceset me të volitshme termofizike, termokimike, hidrodinamike, dhe erozive për prerjen e materialeve (me asistencë nga jashtë apo në mënyrë autonome). Fig Paraqitja skematike e procesit të prerjes laserike: (a)tufa e rrezatimit laserik, (b) vrushkullori e gazit ndihmës, (c)gjerësia e prerjes, (d) distanca punuese, (e)lëvizja ndihmese, (l)pozita e shkëndijës, (g)sipërfaqja e përpunuar, (h) zona e ndikimit termik, (i)nxjerrja materialit të shkrirë, (j)largimi i zgjyrës dhe materialit të shkrirë Metodat e prerjes me laser. Ekzistojnë tri metoda të prerjes laserike : (a) me largim të plot të materialit përgjatë vijës se prerjes (me avullim dhe si rast me i shpeshtë shkrirjen me avullim të kufizuar), (b) me largim të pjesëreshëm të materialit përgjatë vijës së prerjes (me avullimin e materialit deri në thellësi të caktuar dhe me largimin plotësues me Dispencë për student...e pa recensuar Page 140

141 veprim mekanik ose avullimin e materialit të një lloji nga nënshtresa e materialit të llojit tjetër ) dhe (c) pa largimin e materialit përgjatë vijës së prerjes (me thermim të kontrolluar në gjendjen e ngurtë nën veprimin e forcës mekanike,të aplikuar gjatë rrezatimit laserik). Prerja laserike e cila është e bazuar në shkrirjen dhe në avullimin e kufizuar të materialit të përpunuar, mundet të jetë me largimin autonom të materialit nga zona e prerjes ose me largimin e materialit nga zona e prerjes me ndihmën e gazit i cili ka veti erozive. Për prerjen e metaleve zakonisht shfrytëzohet gazi reaktiv (O 2 ) gjersa për prerjen e jometaleve shfrytëzohet gazi neutral (N 2 ) ose gazi inert (Ar). Fig Shpërndarja e fuqisë së rrezatimit laserik në zonën e prerjes Metodat direkte dhe impulsive të prerjes, bazohen në avullimin e materialit përpunues, kërkojnë densitet të lartë fuqisë, përkatësisht densitet të lartë energjetik. Zakonisht krijohen me rrezatimin impulsiv. Metoda e prerjes laserike me ndihmën e gazit kryhet,zakonisht, me rrezatim kontinuel, dhe ndihmohet nga nxehtësia e cila zhvillohet në reaksionin kimik mes O 2 dhe materialit që përpunohet ( në rastin e gazit reaktiv ) gjegjësisht me veprimin eroziv të vrushkullit të gazit në zonën e prerjes (në rastin e gazit Dispencë për student...e pa recensuar Page 141

142 neutral dhe inert), çka dukshëm e zvogëlon energjinë e nevojshme për vet procesin e prerjes. Metoda (b) shfrytëzohet për prerjen e shtresave metalike në nënvërsen (bazamentin) prej qeramike dhe shtresave polimerie në nënvërse prej metali. Kjo metodë,me ose pa largim të pjesërishëm të materialit, kërkon energji plotësuese, e cila bën thërrmimin plotësues të materialit kur rrezatimi laserik përfundon. Këto metoda,sikur edhe metoda(c), aplikohen të rastet e materialeve të brishta (qelqi, gjysmëpërçuesit, materialeve qeramike). Sot më përhapur në industri janë metodat e prerjes të bazuar në largimin e plot të materialit përgjatë sipërfaqes ndarëse me shkrirjen apo avullimin e kufizuar me shfrytëzimin e gazit ndihmës. Tregues i rëndësishëm i prerjes laserike është bilanci i forcave në zonën e prerjes dhe me këtë edhe kushtëzimi i nxehtësisë së shfrytëzuar, fig Bilanci i fuqisë të prerja laserike është dhënë me shprehjen : P L =P r +P o +P p +P s Ku janë: P L - fuqia e rrezatimit laserik, P R - fuqia e shpenzuar në krijimin e masës së shkrirë, P 0 - fuqia e bartur përmes masës së shkrirë dhe gazit ndihmës, P P - fuqia e humbur gjate përcjelljes së materialit të përpunuar, P S -fuqia e fituar nga reaksionet egzoterme. Një pjesë e fuqisë se rrezatimit laserik humbet me përcjellje përmes materialit dhe përmes masës se shkrirë dhe gazit ndihmës, mirëpo pjesa më e madhe shfrytëzohet për krijimin e masës së shkrirë në vendin e prerjes. Kjo fuqi e dobishme mundet zmadhohet në rast se gazi ndihmës është oksigjeni, tek reaksioni egzoterm. Me këtë rast në sasinë e energjisë së absorbuar dukshëm ndikojnë vetitë fiziko-termike të materialit të përpunuar dhe nga ato varet zgjedhja e parametrave të përpunimit. Mirëpo, në procesin e prerjes gjatë lëvizjes të tufës se fokusuar të rrezatimit laserik në krahasim me materialin që përpunohet, shfrytëzohet edhe një pjesë e energjisë E p në drejtim të prerjes, sepse para ngrohë vendin e prerjes. Gjatë nxehjes në zonën e prerjes vjen deri të fortësimi (kalitja) e shtresës së prerë sipërfaqësore dhe deri tek ndikimi në kualitetin e prerjes. Dispencë për student...e pa recensuar Page 142

143 Përparësitë dhe dobësitë. Prerja laserike ka shumë përparësi në krahasim me metodat klasike të prerjes së materialit : a) Energjia shumë e fortë e tufës së rrezatimit laserik, të koncentruar në sipërfaqe të vogël ekstreme, mundëson: Prerje të ngushtë dhe të rrafshët. Ndikim minimal termik në strukturën e materialit në zonën e prerjes, Ndikim minimal termik në deformimin e detalit përpunues. b) Rrezatimi laserik paraqet,,instrument prerës pa kontakt çka do të thotë : Nuk ka veprim të forcave e as deformime mekanike, Nuk ka konsumim të instrumentit dhe nuk ka nevojë për ndërrim të tij, Mundet me pre materiale pa marr parasysh fortin e tyre. c) Rrezatimi laserik është i përshtatshëm për krijimin e shkallës së lartë të drejtimit dhe udhëheqjes e me këtë mundëson: Automatizimin e plotë dhe integrimin e lehtë në repartet e sistemeve teknologjike, Mundsi e pa limituar e profilimit. d) Me zvogëlimin e kohës së përpunimit dhe kohës ndihmëse, rritet ekonomiciteti i përpënimit. e) Me përdorimin e teknologjisë laserike rritet kualiteti i prodhimit, mundësohet zhvillimi i prodhimeve të reja dhe rritja e fleksibilitetit të prodhimit. Dispencë për student...e pa recensuar Page 143

144 SHENIMI ME LASER Kushtet me agresive të prodhimit dhe tregut, kërkon shënim kualitativ, të shpejtë dhe efikas të materialeve industriale, gjysëmfabrikateve. Shënimi me laser me të madhe shfrytëzohet. Në krahasim me metodat klasike, shënimi me laser në shumë elemente ka përparësi. Mundet të përdoret për materiale prej me të ndryshme dhe në mënyrat me të ndryshme. Shumë është fleksibile, mundësohet udhëheqja kompjuterike e rrezatimit laserik, përshtatjen formës së objektit punues, është e qëndrueshme e tjerë. Laserët janë të përshtatshëm për integrimin në repartet prodhuese ashtu qe objekti përpunues mundet të shënohet edhe gjatë procesit të prodhimit. Është e mundshme ndërtimi i tyre në pajisjet ekzistuese. Viteteve të fundit janë zhvilluar në veçanti metodat e shënimit laserik të materialeve laserike. Shënimi me laser në plastikë tanimë është teknologji e përvetësuar dhe praktikuar. Procesi i shënimit. Gjatë veprimit të rrezatimit laserik në sipërfaqen e materialit të përpunuar vie deri rritja e temperaturës në shtresën sipërfaqësore. Varësishtë nga lartësia e temperaturës lajmërohet : nxehja, shkrirja, avullimi dhe proceset fotokimike në shtresën sipërfaqësore plastike. Rezultat i nxehjes së shtresës sipërfaqësore të plastikes është ndryshimi i strukturës së materialit ose ngjyrës së sipërfaqes. Kur plastika është e nxehur deri në temperaturën, e cila është nën pikën e shkrirjes e nën pikën e shkatërrimit të ngjyrës se përzier në plastikë, vie deri te ndryshimi i ngjyrës së plastikës e cila mundëson shkrimin e shenjave qartë të dukshme. Kur temperatura e shtresës sipërfaqësore të materialit rritet mbi pikën e shkrirjes së materialit bazë vie deri tek shkrirja e tij. Pas fortesimit të shkrirjes formohet shtresa e plastikes e cila ka vëllim më të madh. Lartësia e kësaj shtrese është më e madhe në krahasim me pjeset e sipërfaqes në të cilat laseri nuk Dispencë për student...e pa recensuar Page 144

145 vepron (fig a ) me ketë është mundësuar krijimi i shenjave në sipërfaqen e materialit. Me rritjen e fuqisë së laserit arrihet temperatura shumë me e lartë se pika e shkrirjes se plastikës. Me ketë arrihet qe materiali në sipërfaqe të avullohet. Në vendin e avullimit të materialit shfaqet një thep i cili karakterizohet me shkëlqim të lartë ashtu qe siguron kontrast të mjaftueshëm për kualitet të lartë të shenjave në sipërfaqe (fig b). Qe të përmirësohet veprimi i rrezatimit laserik në sipërfaqen që përpunohet hedhen lyrës qe karakterizohen me veti tjera të absorbimit dhe reflektimit. Me ketë është mundësuar veprim me intensiv i rrezatimit laserik në shtresën sipërfaqësore(fig c). Përveç ndryshimeve të përmendura gjatë nxehjes së shtresës sipërfaqësore, mundë të rezultojë edhe djegëja lokale e plastikes. Procesi i karbonizimit në plastikën me ngjyrë të ndritshme jep shenja mjaftë të dukshme të cilat shfrytëzohen për shënim. Me përshtatjen e parametrave të përpunimit me laser, në plastik ose në ngjyrë qe është e përzier në plastikë, munden të shkaktohen procese direkte fotokimike të cilët përcillen me veprim termik. Fig Krijimi i shenjave në sipërfaqen përpunuese nën veprimin e rrezatimit laserik. Metodat e shënimit me laser. Ekzistojnë dy metoda të shënimit me laser: shënimi me maskë dhe shënimi me lëvizjen e rrezatimit laserik. Për shënimin me maskë (fig b) shfrytëzohen laserët impulsiv. Rrezatimi laserik i gjërsise së mjaftueshme ndriçon maskën. Në maskë gjenden informatat të cilat duhet bartur në objektin punues. Forma në maskë fotografohet, përmes së cilës mundet të shënohet. kjo metodë është e përshtatshme për shënimin e objekteve punuese në prodhimtarin masovike. Dispencë për student...e pa recensuar Page 145

146 Fig Skema e shënimit laserik, (a) me lëvizjen e tufës së rrezatimit laserike dhe (b)me anën e maskës Tek shënimi laserik më lëvizje të rrezatimit laserit (fig 7.18 a), rrezatimi laserik me ndihmën e dy pasqyrave të rrashta dhe thjerrëzës lëvizëse, drejtohet në objektin punues. Pastaj me lëkundjen e pasqyrave drejtohet rrezatimi laserik dhe bëhet shënimi me fleksibilitet të madh. Me përshtatjen e parametrave të rrezatimit laserik, gjatë shënimit laserik, në plastik ose në ngjyrën e cila është përzier në plastikë, munden të shkaktohen efekte direkte fotokimike. Të gjitha proceset e shënimit laserik përcillen me veprimin termik të rrezatimit laserik. Fuqia dhe energjia e impulsit laserik janë parametrat më të rëndësishëm te metoda e shënimit laserik me maskë. Shënimi kryhet me një impuls në objektin përpunues ashtu që pjesëmarrja e impulsit nuk është e rëndësishme. Tek metodat e shënimit me rrezatim laserik, frekuenca e impulsit laserik është mjaftë e rëndsishëme. Shënimi në ketë rast kryhet me disa impulse me radhë me definim te distancës kohore. Dispencë për student...e pa recensuar Page 146

147 Kualiteti i shenimit. kriteret për vlerësimin e kualitetit të shënimit janë: kontrasti, mbrehtsia e kontrastit, lëmushmeria e sipërfaqes, rezistenca në ndikimet kimike dhe mekanike dhe kërkesat estetike. Kontrasti është kriter i rëndësishëm për kualitet të shënimit. Në zonën e përpunimit te të dhënave është i pranueshëm raporti i kontrastit 1:3 të sipërfaqes bazë dhe shenjave në të. Mrehtsia e koturës dhe rrafshueshmëria e sipërfaqes varen nga efekti i rrezatimit laserik në materialin qe përpunohet. Në veçanti është e rëndësishme mënyra e udhëheqjes se rrezatimit laserik. Teknika e vizatimit të shumëfishtë është me përparësi ndaj metodës së thellimit sepse jep rezultate me të mira të mbrehtsisë se koturës dhe sipërfaqes homogjene. Teknika e vizatimit të shumëfishtë në veçanti duhet përshtatur për udhëheqjen e rrezatimit me karakteristikat e materialit. Qëndrueshmëria në ndikimet mekanike dhe kimike është shumë me e madhe tek shënimi laserik se sa të mënyra klasike e shënimit. Me shënimin laserik, shenjat futen në material ashtu qe nuk munden të largohen pa shkatërrimin mekanik. Efektet estetike të arritura më shënimin laserik kënaqin kërkesat më struktë të tregut bashkohorë. Sfera e përdorimit. Shënimi laserik mundet të përdoret për simbolizmin e objekteve të përpunuara dhe për simbolizime grafike. Simbolizmi shfrytëzohet për shënimin e numrave në seri, numrave gjatë testimit, tek të dhënave teknike ose të dhënave prodhuese. Shënimi grafik ka të bëjë me shkrimin e kontratave, urdhëresave, komponentëve elektronike, tastaturave, shkallëzuesve tek instrumentet matse, firmave, barkodave, tjerë. Gjatë kësaj është e mundshme kombinimi me format klasike të shënimit. Me mënyrën klasike shënohen informatat e pa ndryshueshme në objektin qe përpunohet (p.sh, firma dhe adresa e prodhuesit), deri sa me laser shënohen të dhënat e ndryshueshme (numri serik, numri i kontrollit, të dhënat specifike të produktit). Dispencë për student...e pa recensuar Page 147

148 Përparësia e shënimit me laser është: niveli i lartë i kualitetit dhe reproduktivitet i mirë i shënimit të simboleve, instrumenti për shënim në vendet me qasje të vështirë, në sipërfaqet e forta, të shkëlqyera, dhe jo të rrafshëta, shpejtësia dhe fleksibiliteti i madh shënimit, të mundshme janë shënimet mikroskopike, e tjerë. 8.0 PERPUNIMI ME PLAZME 8.1 HYRJE Prerja me plazmë u zhvillua në fund të viteve 1950 të shek. të kaluar për prerje të çelikut me legurim të lartë dhe aluminit. Ajo ishte projektuar për t'u përdorur në të gjitha metalet që për shkak të përbërjes së tyre kimike, nuk mund t'i nënshtroheshin prerjes me gaz. Për shkak të shpejtësise jashtëzakonisht të lartë të saj prerjes (sidomos te materialet e hollë) dhe të zonës së ngushtë të ngrohjes, kjo teknikë përdoret edhe sot për prerje të çeliqeve jo të leguruara dhe me legurim të ultë. Dispencë për student...e pa recensuar Page 148

149 Përpunimi i materialeve metalike sot karakterizohet nga kërkesat më të larta të cilësisë dhe presioneve në rritje të kostos. Skajet e pjesëve të prera nuk duhet të kërkojnë ndonjë përpunim shtesë dhe pritet të shfaqin saktësinë maksimale dimensionale. Si rezultat, aftësia e teknikave tradicionale të prerjes për të përmbushur këto kërkesa është duke u vënë në pyetje gjithnjë e më shumë. Prerja me plazmë është në konkurrencë të drejtpërdrejtë me teknikat e tjera të tilla si oxy- prerja me gaz, prerja me laser dhe prerja me vrushkull uji. Megjithatë, ajo mund gjithashtu të jetë një alternativë për teknikat mekanike të përpunimit. 8.2 PLAZMA Përkufizimi i gazit të plazmës Gazi për plazmë i referohet të gjitha gazeve apo përzierjeve të gazeve që mund të përdoren për krijimin e një plazme dhe për vetë procesin e prerjes. Me termin plazmë, në fizikë dhe kimi, nënkuptohet gazi i jonizuar dhe për shkak të vetive të ndryshme nga materiet e ngurta, lëngshme dhe të gazta konsiderohet si materie me gjendje te veçantë agregate. Gazi i jonizuar e ka të paktën një elektron të ndarë nga pjesa e atomeve ose molekulave. Për shkak të grimcave të lira (joneve dhe elektroneve) plazma është një përçues i mirë i rrymës elektrike dhe fuqishëm reagon ndaj fushës elektrike dhe magnetike. Dispencë për student...e pa recensuar Page 149

150 Çdo gaz është i jonizuar, të paktën në një shkallë të vogël, mirëpo çdo gaz të jonizuar nuk mund ta quajmë plazmë. Për plazmën thuhet të jetë një gaz kuazi neutral i përbërë nga grimca neutrale dhe të ngarkuara. Gaz kuazineutral do të thotë, se shikuar nga aspekti mikroskopik është neutral, por pjesët e tij janë të ngarkuara elektrikisht. Sikur edhe gazi, plazma nuk ka një formë të caktuar ose volum, ndërsa nën ndikimin e fushës magnetike plazma mund të merr formë të fibrave. Në mënyrë shkencore, për herë të parë plazmën e ka përshkruar sir William Crookes në vitin 1879, duke e quajtur materie e cila rrezaton, gjegj., gjendjen e katërt agregate. Në gypin e Crookes-it janë krijuar rreze katodike, të cilat më vonë i ka identifikuar fizikani anglez Joseph John Thomson të cilat i ka quajtur plazma. Të njëjtën shprehje më 1928 e ka përdorur edhe kimisti amerikan Irving Langmuir, ndoshta për arsye se elektronet, jonet dhe ngarkesat neutrale i kanë përngjarë në rruazat e kuqe dhe te bardha të gjakut tek plazma e gjakut. Plazma është forma më e përhapur e materies së dukshme në univers. Në tokë ka shumë pak plazmë, por 99% e materies në gjithësi është plazmë. Fusha e temperaturave të plazmës (fig. 8.1) qëllimisht është paraqitur pak më e madhe nga se ajo në të vërtetë përfshinë zonën nga temperature e dhomës deri K, deri sa trupat e ngurtë ose të lëngët janë të kufizuara në një zonë shumë më të ngushtë të temperaturës. Dispencë për student...e pa recensuar Page 150

151 Fig. 8.1 Disocimi dhe jonizimi i gazeve të ndryshëm Duhet të ceket sikur psh., që avulli i ujit ekziston edhe në temperaturat më të vogla se temperature e vlimit po ashtu edhe plazma ekziston në temperature shumë më të vogla se temperature e jonizimit ( deri edhe në mikro Kelvina tek plazmat ultra të ftohta). Edhe vet nocioni i temperaturës është kompleks, pasi tek plazma ( edhe avulli edhe gazi) flitet për temperaturën kinetike të grimcave të veçanta(fig. 8.2). Dispencë për student...e pa recensuar Page 151

152 Fig.8.2 Ilustrimi i gjendjeve agregate dhe ndryshimet e tyre Rendi i dytë në figurën 8.2 ilustron gjendjen agregate të ujit, prej akullit në temperatura të ulta, lëngut në temperaturë të dhomës, avullit dhe plazmës së avullit të fituar nëpërmjet RFM (Radio Frequency Microwave Plasma) dhe plazmës së induktuar me ndihmën e laserit. Shpeshherë e dëgjojmë se plazma është gaz i jonizuar, çka është plotësisht e saktë, por harrohet fakti se këtu bëhet fjalë për një gjendje të veçantë të materies. Vetitë e gazit dhe plazmës dallojnë në mënyrë të konsiderueshme mes veti. Gazi i jonizuar nuk mund të përshkruhet me ligjet fizike të cilat vlejnë për gazrat (fig. 8.3). Dispencë për student...e pa recensuar Page 152

153 Fig. 8.3 Ndërrimi i gjendjes agregate të materies 2.2 Vetitë dhe parametrat e plazmës Plazma mund të përshkruhet si gjendje elektrike neutrale e materialit, me numër të njëjtë të ngarkesave elektrike pozitive dhe negative. Është e rëndësishme të ceket edhe pse grimcat nuk janë të lidhura, ato nuk janë të lira. Dispencë për student...e pa recensuar Page 153

154 Kur grimcat e ngarkuara elektrikisht lëvizin, ato krijojnë fushë elektrike dhe magnetike, dhe si rezultat, ndërveprojnë me fushat e tjera elektrike dhe magnetike Zonat e parametrave të plazmës Parametrat e plazmës mund të jenë në një diapazon shumë të gjerë ( tab. 2.1). Tabela 2.1 Zonat tipike të parametrave të plazmës Karakteristikat Plazmat në tokë Plazmat në gjithësi Madhësia në metra 10 6 m (plazma laboratorike) do 10 2 m (vetëtimat ) 10 6 m (mbrojtja nga nxehtësie ) do m (mjegullnajat) Kohëzgjatja në sekonda s (plazma laserike) deri 10 7 s (llampat fluorescentne) 10 1 s (fishekzjarret diellore) do s (plazma ndërgalaktike) Dendësia e grimcave për metër kub 10 7 m 3 deri m 3 (plazma e brendshme kufizuese) 1 m 3 (plazma ndërgalaktike) deri m 3 (bërthamat yjore) Temperatura në Kelvin ~0 K (plazma kristalore) deri 10 8 K (plazma magnetike) 10 2 K (drita polare) deri 10 7 K (bërthama diellore) Dispencë për student...e pa recensuar Page 154

155 Fusha magnetike në Tesla 10 4 T ( plazme laboratorike) deri 10 3 T (plazma impulsive) T (plazma ndërgalaktike) deri T (yjet neutronike) Shkalla e jonizimit Për t'u formuar plazma, është i nevojshëm jonizimi. Jonizimi nënkupton shndërrimin e atomeve ose molekulave neutrale në grimca elektrikisht të ngarkuara duke liruar ose pranuar elektrone. Me nocionin dendësia e plazmës zakonisht nënkuptohet dendësia e elektroneve, ose numri i joneve te lira për njësi të volumit. Shkalla e jonizimit të plazmës paraqet numrin e atomeve të cilat kanë humbur elektrone, dhe zakonisht varet nga temperatura. Edhe një gaz pjesërisht i jonizuar, me 1% të atomeve të jonizuara mund të ketë veti të plazmës (përgjigja ndaj fushën së jashtme magnetike dhe përçueshmërisë elektrike). Shkalla e jonizimit definohet si: α = n i /(n i + n a ) ku është n i dendësia e joneve dhe n a dendësia e atomeve neutrale. Vetëtima është shembull i plazmës në tokë. Zakonisht, vetëtima krijon një rrymë prej Ampera dhe Volt, emiton dritë, radio valë, rreze rentgeni, deri edhe rrezatim- gama. Temperaturat e plazmës tek vetëtimat mund të mbërrijnë deri Kelvin dhe densiteti i elektroneve mund të kaloj m -3. Dispencë për student...e pa recensuar Page 155

156 2.2.3 Temperatura Temperatura e plazmës matet me Kelvin ose elektrovolt dhe zakonisht është masë e energjisë kinetike. Temperaturat shumë të larta janë të nevojshme për t u ruajtur jonizimi, e cila është kushti kryesor për formimin e plazmës Në bazë të temperaturave relative të elektroneve, joneve dhe atomeve neutrale, plazmat mund të dallohen si termike dhe jotermike. Plazmat termike i kanë elektronet dhe jonet përafërsisht në të njëjtën temperaturë- ato janë në baraspeshë termike. Plazmat jotermike, nga na tjetër, kanë elektrone me temperaturë shumë të lartë, ndërsa jonet dhe grimcat neutrale me temperaturë ulët (temperatura e dhomës). Plazmat mund të ndahen në të ftohta dhe të nxehta. Plazmat e nxehta janë pothuajse plotësisht të jonizuara, deri sa të ftohtat kanë vetëm një sasi të vogël të jonizuar, rreth 1%. Por duhet të theksohet se edhe tek plazmat e ftohta elektronet kanë temperaturë rreth disa mijëra o C. Plazmat e krijuara artificialisht ose plazmat teknologjike janë kryesisht plazma të ftohta Potenciali elektrik Duke qenë se plazma është përçues i mirë, potenciali elektrik luan rol shumë të rëndësishëm. Dispencë për student...e pa recensuar Page 156

157 Potenciali mestar i cili ndodhte ndërmjet grimcave të ngarkuara elektrikisht quhet potenciali i plazmës. Nëse elektrodat i vendosim brenda plazmës, atëherë potenciali i plazmës dukshëm do të zvogëlohet. Fusha elektrike në plazmë është e vogël për shkak të përçueshmërisë së lartë. Madhësia e potencialit elektrik përcaktohet në vartësi nga dendësia e ngarkesës elektrike, sipas raportit te Boltzmann-it: Ndërsa në bazë të saj mund të definohet edhe fuqia e fushës elektrike: Magnetizimi Plazma në të cilën fusha magnetike është mjaft e fuqishme, që të ndikoj në lëvizjen e grimcave me ngarkesë elektrike, njihet si plazme magnetike. Shpeshherë ndodh që elektronet të jenë të magnetizura, ndërsa jonet jo. Plazma magnetike është anizotrope, që do të thotë se vetitë në drejtim të akseve paralele me fushën magnetike, janë të ndryshme nga ato me drejtimin normal. Dispencë për student...e pa recensuar Page 157

158 2.3 Plazma artificiale Shumica e plazmave të fituara artificialisht formohen me aplikimin e fushës elektrike ose magnetike. Plazmat varësisht nga aplikimi laboratorik ose industrial mund të ndahen sipas: Burimit të energjisë së plazmës; rryma një kahore, radiovalët dhe rrezatimi mikrovalor Presionit punues; nënpresion ((< 1 Pa), presion mesatar (~ 100 Pa) dhe presion atmosferik (100 kpa) Shkallës së jonizimit; plotësisht e jonizuar(plazma enxehtë), pjesërisht e jonizuar (plazma e ftohtë) dhe plazma me jonizim të dobët Raportit të temperaturave në plazmë; termike (elektronet dhe jonet përafërsisht në temperaturë të njëjtë), plazma jotermike Renditjes së elektrodave për formimin e plazmës Magnetizimit të grimcave brenda plazmës; magnetizuese( jonet dhe elektronet të bllokuara në fushën magnetike), pjesërisht magnetizuese ( elektronet e bllokuara në fushën magnetike, ndërsa jonet jo), plazma jo magnetizuese( fusha magnetike shumë e dobët, vepron vetëm forca e Lorentz-it). Sipas aplikimit Krijimi i plazmës artificiale Edhe pse ekzistojnë disa mënyra të krijimit të plazmës, e përbashkëta e tyre është se energjia hyrëse duhet ta krijoj dhe mbaj atë. Plazma krijohet me aplikimin e energjisë elektrike përgjatë gazit ose fluidit dielektrik ( izolatorit elektrik), si në figurë ku shohim llambën e kyçur në rrymën njëkahore me tension të lartë (fig.8.5). Dispencë për student...e pa recensuar Page 158

159 Fig. 8.5 Llamba e kyçur në rrymë njëkahore Potenciali elektrik dhe fusha elektrike gjegjëse shkaktojnë tërheqjen e elektroneve kah anoda, deri sa bërthamën e atomit e tërheq katoda. Me rritjen e tensionit, rryma elektrike krijon tendosje në atome, deri në kufirin dielektrik, kur lajmërohet shkëndija dhe gazi bëhet i jonizuar dhe shndërrohet në përçues. Atëherë vie deri te jonizimi i vrullshëm, kur përplasja e elektroneve dhe e atomeve neutrale, krijon elektrone dhe jone të reja. Pas 20 përplasjesh, numri i grimcave me ngarkesë elektrike rritet në miliona, pasi rruga e përplasjes është shumë e shkurtër. Nëse fuqia e rrymës dhe jonizimi janë të mjaftueshme, krijohet harku elektrik ( në realitet vetëtima) ndërmjet elektrodave. Rezistenca elektrike përgjatë harkut elektrik krijon nxehtësinë, e cila e jonizon pjesën tjetër të mbetur të molekulave të gazit, e kështu gazi bëhet plazmë. Plazma është në ekuilibër termik, çka do të thotë se nxehtësia njëtrajtësisht shpërndahet në elektrone, jone dhe grimcat neutrale, për shkak se elektronet me shpejtësi dhe numër shumë të madh, shpejt e transmetojnë energjinë në grimcat e tjera. Dispencë për student...e pa recensuar Page 159

160 2.3.2 Shembuj të plazmës industriale Për shkak të gamës së gjerë të temperaturave dhe dendësisë, plazmën e gjejmë në shumë lëmi të teknologjisë dhe industrisë. E hasim në metalurgji, lyerjen e shtresave të holla me nxehtësi, gravimin në mikroeletronik, prerje me plazmë, në zvogëlimin e emetimit të gazrave të dëmshëm tek automobilat, llambat fluoroscente, industrinë e aeroplanëve tek motorët me djegie të jashtme. 8.3 Bazat e përpunimit Përpunimi me plazmë ( Plazma Jet Machining PJM ) në kushtet e prodhimit bashkëkohor shfrytëzohet për realizimin e operacioneve prodhuese të cilat kërkojnë përqendrim të lartë të energjisë termike. Këto janë të shkrirjes, saldimit, prerjes së metalit dhe jometalit, vënien e mveshjeve të qëndrueshme në konsumim, si në sipërfaqe metalike po ashtu edhe në ato jometalike etj. Plazma në esencë është çdo materie e ngrohur në temperaturë të lartë, të mjaftueshme që të shndërrohet në gjendje jonizuese të gaztë ( gjendja e katërt agregate ). Në gjendje të tillë, majerja sillet sipas ligjeve karakteristike për gazrat normale ndërsa karakteristikat themelore të saj janë: Temperatura shumë e lartë e zonave të veçanta, jostabilitet energjetik, përçueshmëria elektrike, shpejtësia shumë e madhe e lëvizjes së grimcave që e përbejnë plazmën etj. Për përpunimin e metalit gjegjësisht për operacionet prodhuese të përmendura shfrytëzohen të ashtu quajturat plazmat e temperaturave të ulta me temperaturën e zonave individuale prej K, plazmat të cilat paraqesin gazin pjesërisht të jonizuar. Harku i plazma përfshin dy faza kryesore, faza e ndezjes dhe faza e prerjes. Kështu, gazi plazma shndërrohet në gaz për ndezje dhe prerje, të cilat mund të ndryshojnë si në Dispencë për student...e pa recensuar Page 160

161 aspektin e llojit të gazit dhe në rrjedhën vëllimore Gazi ndezës Ky gaz përdoret për ndezjen e harkut të plazmës. Ai është përgjegjës për lehtësimin e procesit të ndezjes dhe / ose rritjen e jetës së elektrodës Gazi prerës Ky gaz është i nevojshme për prerjen e copës punuese me hark të plazmës. Ai është përgjegjës për arritjen e një cilësie optimale të prerjes së materialeve të ndryshme Gazi sekondar - gazi vorbullues Ky gaz përmbyll plazmën reaktive, pra, ky e ftoh dhe e ngushton atë. Në këtë mënyrë, ajo përmirëson cilësinë e tehun prerës dhe e mbron dizën gjatë depërtimit në copën punuese dhe gjatë prerjes nën ujë. Vrushkulli i plazmës fitohet duke e shtypur gazin e caktuar nëpërmjet harkut elektrik. Harku elektrik shfaqet ndërmjet elektrodës e cila lidhet në polin - dhe copës punuese ose dizës së vet pajisjes, e cila lidhet me polin + (fig. 8.6). Dispencë për student...e pa recensuar Page 161

162 Fig. 8.6 Paraqitja skematike e harkut të plazmës Parimi i prerjes me plazmë Prerja me plazmë është një proces termik i prerjes në të cilin harku i plazmës rrjedh nëpërmjet dizes (farfallës). Harku i transferuar, formohet kur rryma rrjedh nëpër një elektrodë jo të shkrishme (katodë) deri te detali (anode), i cili përdoret për të prerë materiale elektrikisht të përçueshme figura 8.7 Kjo është, zakonisht forma më e përdorur e prerjes me plazmë. Në mënyrën jo të transferuar, harku i plazmës formohet mes elektrodë dhe dizes. Edhe duke përdorur një gaz prerës që përmban oksigjen, efekti i ngrohjes i harkut të plazmës mbizotëron. Kështu, kjo metodë nuk është konsideruar si një proces i prerjes me gaz, por më tepër si një metodë e prerjes me shkrirje. Gazrat e plazmës në hark janë pjesërisht të shkëputura dhe të jonizuara, duke e bërë atë elektrikisht të përçueshëm. Dispencë për student...e pa recensuar Page 162

163 Për shkak të dendësisë së lartë të energjisë dhe temperaturës, plazma zgjerohet dhe lëviz në drejtim të detalit me shpejtësi deri 3 herë më të madhe se e zërit. Nëpërmjet rikombinimit të atomeve dhe molekulave në sipërfaqen e detalit, energjia e absorbuar në çast lirohet dhe intensifikon efektin termik të harkut të plazmës në detalin punues. Në harkun e plazmës prodhohen temperaturat deri në K. Bashkë me energjinë e lartë kinetike të gazi të plazmës, këto temperatura mundësojnë prerje me shpejtësi jashtëzakonisht të lartë të të gjitha materialeve elektrikisht të përçueshme, në varësi të trashësisë materialit. Për të iniciuar procesin e prerjes, së pari ndizet një hark pilot në mes dizës dhe elektrodës në të cilin aplikohet tensioni i lartë. Kjo energji e ulët harkut pilot përgatit hapësirën midis ndezësit të plazmës dhe detalit punues duke shkaktuar jonizim të pjesshëm. Kur harku i pilotit kontakton me harkun e detalit (prerja fluturuese), harkut kryesor i plazmës ndriçon duke shkaktuar një rritje automatike të fuqisë. Materiali i metalit të shkrirë dhe pjesërisht të avulluar nga energjia termike e harkut dhe gazit të plazmës. Materiali i shkrirë është i detyruar të largohet nga zona e prerjes për shkak të veprimit të energjisë kinetike të gazit të plazmës. Në krahasim me prerjen me gaz, në të cilën rreth 70% e energjisë termike prodhohet me anë të djegies së hekurit, tek prerja me plazmë energjia e nevojshme për shkrirjen e materialit në zonën e prerjes prodhohet vetëm elektrikisht. Se cilat gaze të plazmës do të përdoren varet nga materiali i cili do të prehet. Për shembull, gazi monatomik argoni dhe / ose gazrat dyatomike, të tilla si, azoti me hidrogjen, oksigjen, dhe kombinimet e tyre si ajri i pastër mund të përdoren si gaz plazme dhe gjithashtu edhe si gaz prerës. Flakëhedhësi mund të ftohet me ujë ose me gaz. Procesi i prerjes me plazmë mund të dëmtohet varësisht nga mënyra e përdorimit (mbi, në dhe nën sipërfaqen e ujit). Dispencë për student...e pa recensuar Page 163

164 Fig. 8.7 Principi i punës së plazmës me hark transferues Procesi i përfitimit të plazmës Plazma përbëhet nga grimcat e elektrizuara pozitive dhe negative ( kationeve dhe anioneve ). Me lëshimin e gazeve të plazmës ( siç janë; argoni, hidrogjeni, oksigjeni etj ) nëpërmjet harkut elektrik (fig. 8.8), të krijuar në mes anodës dhe katodës, formohet vrushkulli (flaka) plazma. Substanca e tillë e formuar përmban molekula, atome, jone, elektrone, dhe kuante të dritës. Në 1cm 3 të plazmës gjenden rreth grimca të elektrizuara. Jonizimi është rezultat i humbjes së një ose ma shumë elektroneve nga shtresa e jashtme (orbita e jashtme ) e atomeve të plazmës së gazrave. Humbja vie si rezultat i veprimit të forcave të jashtme të shkaktuara me temperaturë të lartë ose me fushë të fortë elektrike. Kjo do të thotë se plazma mund të jetë e harkut elektrik (termike) ose e frekuencës së lartë (HF-High Frequency). Për procesin e përpunimit të metalit, posaçërisht është e rëndësishme plazma harkore (plazma e flakës). Dispencë për student...e pa recensuar Page 164

165 Fig. 8.8 Paraqitja skematike e procesit të formimit të plazmës Në procesin e formimit të harkut të plazmës vërehen re disa dukuri karakteristike. Për arsye të nxehjes së lartë të katodës, vie deri të emetimi i elektroneve dhe jonizimit të plazma gazi. Me këtë rast, në mes elektrodave formohen grimca jonesh dhe elektronesh të ngarkesave të ndryshme elektrike. Me lëvizje të orientuara vie deri të ndeshja (në mes veti si dhe me atomet dhe molekulat neutrale) dhe rritja e shkallës së jonizimit. Shpejtësia e lëvizjes së grimcave të jonizuara në rrymën e plazmës llogaritet sipas formulës: 0,8 I v = r ρ m / s Dispencë për student...e pa recensuar Page 165

166 Shpejtësia varet nga intensiteti i rrymës I (A), dendësia e plazmës gazit (numri i atomeve /cm 3 ) dhe nga rrezja e sipërfaqes aktive e katodës r (cm). Kjo shpejtësi arrin vlerë shumë të lartë, për shembull për intensitetin e rrymës prej A dhe presionin e plazmës prej 2 3 bar është deri 1500 m/s. Të gjitha këto janë kushtet të cilat e diktojnë paraqitjen e materies së re. Këtë e karakterizon temperatura e lartë e zonave individuale (fig. 8.9), përbërja dhe vetitë e reja të cilat ngjajnë në vetitë e gazrave, lëngjeve dhe metalit. Tufa e harkut (flakës) të plazmës zvogëlohet vrushkullin (fiskajë) si pasojë e efektit të nxehtësisë,,pinch. Me ngjeshjen e gazit të plazmës, në fiskajë (vrushkull), tufa e plazmës ndahet nga muret me ç rast zvogëlohen humbjet e nxehtësisë dhe arrihet stabilizimi gazor i plazmës (vorbullues ose longitudinal) e me këtë mënyrë edhe stabilizimi gjegjës i procesit të përpunimit me plazmë. Fig. 8.9 Fusha e temperaturave të harkut të plazmës. Dispencë për student...e pa recensuar Page 166

167 8.4 OPERACIONET PRODHUESE TË PERPUNIMIT ME PLAZMË Teknikat e prerjes me plazmë Teknikat e prerjes me plazmë janë vazhdimisht duke u përmirësuar. Qëllimi kryesor i këtyre përmirësimeve është për të zvogëluar ndotjet mjedisore, rritjen e kapaciteteve prerëse, dhe për të përmirësuar cilësinë e skajeve prerëse. Qëllimi përfundimtar është për të prodhuar dy sipërfaqe paralele prerëse, të cilat kërkojnë shumë pak për përpunim për përfunduar para se ato të jenë dërguar për përpunim të mëtejshëm. Në Vartësi nga lloji i materialit prerës, trashësisë së tij dhe burimit të energjisë, ekziston një numër i madh i variacioneve të prerjes me plazmë. Variacionet e prerjes me plazmë kryesisht ndryshojnë sipas dizajnit të flakëhedhësit, sistemit të furnizimit me material dhe materialit të elektrodës. Figura 8.10 ofron një pasqyrë të opsioneve të ndryshme të mundshme në projektimin e flakëhedhësit të plazmës. Llojet e mëposhtme të flakëhedhësit të plazmës janë bazuar në llojin e shtrëngimit figura 8.11: - Preja konvencionale me plazmë / prerja standarde me plazmë - Prerja me plazmë me medium sekondarë - Prerja me plazmë me gaz sekondarë - Prerja me plazmë me ujë sekondarë - Prerja me plazmë me injektim uji - Prerja me plazmë me ngushtim në rritje Dispencë për student...e pa recensuar Page 167

168 Fig Sistemet ndezëse të plazmave Prerja konvencionale me plazmë Te makinat standarde të prerjes me plazmë, flakëhedhësi është relativisht i thjeshtë dhe është projektuar vetëm për një gaz, gazin prerës. Gaezt prerëse të përdorura janë përgjithësisht azoti, oksigjeni apo përzierja e argonhidrogjen (Argoplas ) (Fig. 8.12). Harku i plazmës është i ngushtuar vetëm nga diametri të brendshëm e dizës, duke prodhuar sipërfaqe prerëse të pjerrtë tipike për këtë metodë. Në përgjithësi, gazi i plazmës lëviz në mënyrë tangjenciale rreth elektrodës. Në vartësi nga shpejtësia prerjes, flakëhedhësi ftohet ose me ajri ose me ujë. Sistemet konvencionalet të prerjes me plazmë janë në dispozicion për prerje metale me trashësi deri në 160 mm. Dispencë për student...e pa recensuar Page 168

169 Fig Plazma konvencionale prerëse ( plazma prerëse e thatë) Prerja me plazma me mediume sekondare Një medium sekondar është furnizohet rreth harkut plazma në mënyrë që të të krijojë një atmosferë të veçantë rreth tij. Mediumi sekondar mund të jetë ujë ose një gaz i caktuar (Fig. 8.13). Dispencë për student...e pa recensuar Page 169

170 Fig Prerja me plazmë me medium sekondar Duke furnizuar një gaz sekondar rreth harkut plazma ai edhe më tej e ngushton harkun dhe krijon një atmosferë të veçantë rreth tij. Kjo e rritë densitetin e energjisë, cilësisë dhe shpejtësinë e dhe prerjes. Nëpërmjet pozicionimin të veçantë të kësaj mburoje, dëmtimet sistemit për shkak të harkut të dyfishtë mund të shmangen, duke zgjatur jetën e pjesëve harxhuese. Në përgjithësi këto mediume dytësore janë referuar edhe si "gaz sekondar", "gaz mbrojtës" ose "gazi vorbullues". Makinat e bazuara në këtë teknikë janë aktualisht në dispozicion për prerje tabela metalike deri në trashësinë 75 mm (8.14). Dispencë për student...e pa recensuar Page 170

171 Fig.8.14 Plazma prerëse e thatë me gaz sekondar Prerja me plazmë me mburojë uji Prerja me plazmë me mburojë uji si mburojë sekondarë është një tjetër variacion i prerjes me plazmë me një medium sekondare. Uji si mburojë shkarkohet (hidhet) si llak dhe rrjedh poshtë bashkë me harkun e plazmës. Për shkak të efektit të saj reduktues, hidrogjeni i formuar gjatë procesit e rezulton një shkëlqim në sipërfaqen e metalit. Prandaj, prerja me plazmë me mburojë uji është metodë e preferuar për prerje të aluminit dhe çelikut me legurim të lartë me trashësi deri 50 mm (Fig. 8.15) Prerja me plazmë me injektim uji Te kjo metodë, harku plazmës ngushtohet duke injektuar në mënyrë radiale ujin për rreth tij. Vetëm një sasi e vogël e ujit avullohet. Dispencë për student...e pa recensuar Page 171

172 Pjesa tjetër e ftohë dizën dhe copën punuese. Ftohja e detalit punues nëpërmjet ujit të injektuar dhe shpejtësisë së lartë të prerjes lejon e prerjes, formimin e djegieve të vogla dhe zgjatjen e jetës së pjesëve harxhuese. Ekzistojnë dy lloje të metodave të prerjes me plazmë të bazuara me injektim të ujit. Varësisht nga mënyra e injektimit të ujit, kemi metodën me injektim radial dhe vorbullues. Tek metoda me injektim vorbullues, njëri nga tehet prerëse është gati vertikal ndërsa tjetri është me devijim me rreth 5-8 (Fig. 8.16). Fig Plazma prerëse me injektim të ujit Kur përdoret prerja me plazmë me injektim të ujit, është e rëndësishme të prehen copat punuese tek të cilat pjesa - ana me tehe të pjerrtë të mbete në pjesën e materialit që shkon skrap (mbeturinë). Elektroda e rrafshëta preferohen për prerjen me plazmë me injektim uji.. Kjo metodë përdoret ekskluzivisht te makina për prerje nënujore. Dispencë për student...e pa recensuar Page 172

173 Me këtë teknikë mund të prehen pllaka metalike me trashësi në mes të 3 dhe 75 mm Prerja plazma me ngushtim në rritje Kjo variantë përfshinë rritjen e densitetit të harkut të plazmës duke përdorur diza me ngushtim më të madh. Kompani të ndryshme të përdorin metoda të ndryshme (disa janë patentuar), për ngushtim të harkut. Gazi rrotullues (Fig. 8.17) dhe diza (farfalla) e rregullueshme (Fig. 8.18) në përgjithësi kanë provuar të jenë efektive. Harku i plazmës i krijuar me këtë sistem lejon prerje vertikale me saktësi të lartë gjatë prodhimit të fletë metalike me trashësi 0,5-25 mm. Prerja me plazmë me me ngushtim në rritje është metodë e preferuar kur përdoret gazi sekondar. Fig. 8.7 Plazma prerëse me rritje të ngushtimit Dispencë për student...e pa recensuar Page 173

174 Fig Plazma prerëse me dizë të rregullueshme Përveç metodave themelore të përshkruara më sipër të prerjes me plazmë, literatura gjithashtu përshkruan të drejtat teknike të shumë kompanive, disa prej të cilave janë të mbrojtura me patenta. Tabela 2 ofron një pasqyrë të emërtimeve të kompanive, të cilat ofrojnë variantet themelore të prerjes me plazmë Variantet e tjera të prerjes me plazmë Prerja me plazmë nënujore Ky variant i prerjes me plazmë rrit ndjeshëm sigurinë operative. Prerja realizohet rreth mm nën sipërfaqen e ujit (Fig. 8.19), duke reduktuar ndjeshëm zhurmën, pluhurin dhe ndotjen e ajrit të mjedisit. Niveli i zhurmës është më i ulët se 85 db. Dispencë për student...e pa recensuar Page 174

175 Uji gjithashtu redukton sasinë e rrezatimit ultravjollcë të prodhuar në procesin e prerjes. Pjesët e prera shfaqin një shtrembërim të vogël. Deri sa prerja me plazmë nënujore kërkon më shumë energji se sa prerja në atmosferë, shpejtësitë e prerjes që mund të realizohen janë më të ulëta në krahasim me prerjen me plazmë në mjedisin e atmosferës. Çeliqet strukturore të trashësisë rreth 15 mm dhe çeliqet me legurim të lartë me trashësi rreth 20 mm janë përgjithësisht ekonomike për t u prerë nën ujë. Fig Prerje me plazmë nënujore Dispencë për student...e pa recensuar Page 175

176 Fig Prerja me plazmë nënujore Hapja e kanaleve me plazmë Hapja e kanaleve me plazmë Fig është procesi i heqjes sipërfaqësore të materialit duke përdorur harkun e plazmës. Nxehtësia e siguruar nga harku plazmës mundëson shkrirjen e vazhdueshme të materialit. Nëpërmjet forcë së harkut të plazmës materiali i shkrirë dëbohet nga zona. Dispencë për student...e pa recensuar Page 176